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数字实验在“苯酚化学性质探究”中的创新应用 (宁波北仑明港高级中学 徐文菊 陈秀兰 315800) 摘要：苏教版教材的相关模块中有关“苯酚化学性质”的探究实验存在一定的不足，如缺乏完整性、科学性，难以达到预期效果，以致于无法有效发挥化学实验的教学功能。将数字化传感器与传统实验相融合，借助电导率对原有实验进行创新和改进，采用控制变量的对照法，方便、快捷、高效的获得能够表征物质性质或化学反应的相关数据，使实验结果更为可靠、可信，最大限度的提高课堂效率。通过创新实验设计之后，学生不仅能够掌握苯酚性质的特殊性，还能够启迪科学思维，体会“有机物中基团的相互影响”。 关键词：苯酚的化学性质；数字化传感器；创新；控制变量；科学思维 1 研究背景 1.1 教材地位 苏教版选修4《有机化学基础》专题4第二单元第二节《酚的性质和应用》中介绍苯酚的化学性质。教材前面章节是《醇的性质和应用》，后一章节是《基团间的相互影响》，根据编排可以看出用意，对比醇羟基和酚羟基性质的差异，对比苯酚和苯分别与溴的反应条件的差异，体会和认识到有机物中基团之间的相互影响。因此“苯酚性质的探究和学习”是建立在学生已学的官能团（羟基）和烃基（苯基）的知识基础之上，既丰富了有机化合物结构决定性质的内涵，又为以后复杂有机物的学习提供方法指导，在高中有机化学学习中有着重要的地位。 1.2 教材实验及问题提出 1.2.1 酚羟基活泼性的两处实验探究 其一为“苏教版选修《有机化学基础》P72活动与探究：取苯酚的浊夜2mL于试管中，向其中逐滴加入氢氧化钠溶液，浊夜变澄清。将得到的澄清溶液分到两支试管中，向其中一支滴加稀盐酸，另一支通入二氧化碳气体，观察实验现象。”通过苯酚浊夜与氢氧化钠溶液反应的现象间接验证苯酚溶液显酸性，说明苯酚中羟基在水中能够电离，后续盐酸或二氧化碳的加入溶液变澄清从强酸制弱酸的规律得出苯酚的弱酸性，说明其微弱电离程度。 但是该验证实验之后学生还是无法定量的感受苯酚微弱电离的程度，无法体会与醇羟基的区别。学生提出用PH试纸或是小灯泡导电性实验检测苯酚在水中溶液中的电离情况更为直接和简单。但是经过实践发现以上两种传统实验手段无法检测到苯酚在水中电离出的离子，图1和图2为几种常见典型物质的对比结果，可见直接揭示苯酚的电离情况需要借助更为灵敏的检测手段。 图1 溶液PH值对比 图2 溶液导电性对比 （注：两图从左到右均分别为同浓度乙醇、苯酚、醋酸、盐酸 ） 其二为“苏教版选修《实验化学》P27课题方案设计：在两支干燥的试管里加入2mL乙醚，向一支试管中加入1ml的乙醇，向另一支试管中加入约1.5g苯酚。振荡。在上述两支试管中个加入一小块（绿豆大小）吸干煤油的金属钠，观察、比较实验现象。”此设计用乙醚做溶剂，排除了乙醇与苯酚状态不同导致反应物接触面积不同的因素，但在实际教学中发现生成气泡速率差异不明显，如图3所示，肉眼难以区分。如何提高该实验的可观察性呢？ 图3 与金属钠反应对比 （注：左为乙醇；右为苯酚） 1.2.2 苯酚中苯环上氢的活泼性 苯酚与溴水的取代反应可以说明苯酚中苯环上的氢的活泼性。“《有机化学基础》P73的活动与探究：向稀苯酚溶液中滴加少量浓溴水，观察实验现象。根据实验现象推测该反应是取代反应还是加成反应？设计探究方案证明推测，并进行探究活动。” 根据取代反应和加成反应的特点分析，取代反应会生成氢溴酸，溶液的PH或导电性会改变。但是浓溴水中存在如下反应：Br2 + H2O?H++Br_+ HBrO ，溶液中本身还有一定的离子，苯酚溶液中滴入浓溴水，即使反应不生成氢溴酸，溶液的导电性或是PH也有一定程度的影响，忽略这一因素将会影响实验探究的科学性。如何做到准确排除该微小因素，且实时检测过程中导电性或是PH真实变化呢？ 2 实验设计 在以上实践和分析的基础上，本研究将“电五官”—数字化传感器融入苯酚性质探究的实验中，进行数字化实验设计（一般流程见图4）。 图4 数字化实验系统的一般流程 创新后的实验效果给化学教学带来了高效而又丰富的课堂体验。该相关实验设计有幸在第六届“威尼尔”（Vernier）杯化学数字化实验教学应用及创新设计展评活动（以下简称“V杯赛”）的中进行展示，并荣获一等奖。以下为创新实验设计及结果展示的整理，供化学同仁们参考。 2.1实验准备 仪器和设备：电脑、GQY数字实验室平台、不带屏数据采集器、电导率传感器、压强传感器、烧杯