【原】2024.7.1智能手机光传感在中学化学实验改进中的应用研究

1智能手机光传感对广泛 pH 试纸的改进研究

（1）手机 App 的安装：在手机应用商店，搜索“色采”并查找该软件 ，下载并安装。

（2）溶液的配置

pH=1的硫酸溶液（H₂SO₄）：取 0.14 mL 浓硫酸（H₂SO₄）溶液（18.40 mol/L）于烧杯中，加入蒸馏水不断搅拌，并转移至50mL 容量瓶，再用少量蒸馏水多次洗涤烧杯，一并转移进该 50mL 容量瓶中，并用蒸馏水定容至刻度线；

pH=2~6的硫酸溶液（H₂SO₄）：将 pH=1 的硫酸溶液（H₂SO₄）经蒸馏水逐级稀释配置；

pH=7的溶液用蒸馏水代替；

pH=14的氢氧化钠溶液（NaOH）：准确称取 2g 氢氧化钠（NaOH）固体，用少量水溶解并转移至 50mL 容量瓶，再用少量蒸馏水多次洗涤烧杯，一并转移进该 50mL 容量瓶中，并用蒸馏水定容至刻度线；

pH=13~8的氢氧化钠溶液（NaOH）：将 pH=14 的氢氧化钠溶液（NaOH）加蒸馏水逐级稀释配置。

（3）实验装置的连接：如图所示，在支架上固定好手机防止其移动对实验造成干扰，打开照相机，调整到拍摄的位置。

（4）实验测定：

第一步，某一室温下，将紫色石蕊试纸平铺白纸上的玻璃片上（目的是为了防止溶液滴在试纸上造成颜色扩散，而无法获得准确的数值，铺设白纸是防止其他颜色对实验的干扰）。

第二步，按图所示，连接好实验装置图，在用胶头滴管将 pH=1的硫酸（H₂SO₄）溶液滴在紫色石蕊试纸上，用照相机拍摄紫色石蕊试纸的颜色，如图所示。

 

第三步，打开“色采”App 点击图库，选中刚拍到的照片，界面如图所示。显示出五个色圈；

第四步，手动拖拽色圈至紫色石蕊试纸颜色区域；

第五步，再次点击色圈便会将该色圈进行锁定，将待测颜色全部锁定后点击确认键；

第六步，在手机上就弹出这五个色圈所呈现的 R、G、B 具体数值为（R=193，G=131，B=111）；

第七步，将实验数据进行整合后通过微信、QQ或者其他上传至手机或电脑。

第八步，按照同样的方法测定pH=2~14 溶液的 RGB 值。

因此测定未知溶液时，可以先测定其RGB 数值，再计算出 R/G/B 值，将其带入线性关系便可以求出该溶液 pH。

2智能手机光传感探究浓度对化学平衡的影响

根据离子方程式即Cr₂O₇^2-+H₂O ⇌2CrO₄^2- +2H⁺ ，可知当Cr₂O₇^2-溶液中加入NaOH溶液后，反应正向移动，颜色由橙色变为黄色，当Cr₂O₇^2-溶液加入 H₂SO₄溶液，反应逆向进行，颜色又变回橙色。向溶液中逐滴加入NaOH 溶液，并将其摇匀，测得该时刻三原色（RGB）数值，以此类推直到溶液变成黄色为止。

同理，测得由黄色逐渐变为橙色的三原色（RGB）数值，用于证明浓度会影响化学平衡的移动。 

在试管中加入2mL 的 0.1mol/L K2Cr2O7溶液，每滴加一滴 NaOH 溶液变将其摇匀，用智能手机拍摄并记录其具体的三原色（RGB）数值，重复上述操作，直到溶液由橙色变为黄色。同理，用智能手机记录由黄色变为橙色的三原色（RGB）数值。

由图可见，随着酸和碱的不断加入，平衡一直在发生移动，并且变化趋势一致，当所加酸和碱的量均为5 滴时反应基本达到动态平衡。

3智能手机光传感对温度影响化学平衡的探究

根据离子方程式即[Cu(H₂O)₄]²⁺+4Cl- ⇌[CuCl₄]^2-+4H2O ΔH>0，可知该反应为吸热反应，随着温度升高，反应正向移动，[CuCl₄]^2-浓度逐渐增大，溶液由蓝色变为黄色。而随着温度的下降，反应逆向进行，[Cu(H₂O)₄]²⁺浓度逐渐增大，颜色由黄色变为蓝色。在此情况下，测得相应三原色（RGB）数值，根据数据变化推测温度对化学平衡的影响。

在试管中加入2mL 0.5mol/L CuCl2溶液，将温度计伸入试管中，并记录室温以及相应RGB 数值，随即进行水浴加热，每上升 10时，拍摄该溶液并测定其RGB 数值，直到溶液由蓝色变为黄色。之后将其放入冷水浴中进行冷却，每下降10，用手机拍摄该溶液并记录 RGB 数值。

体系的B 值与温度有良好的线性关系，升温和降温时的线性关系中 斜率基本相等，说明随着温度的升高，蓝色值逐渐减小，平衡正向移动，温度逐渐降低，蓝色逐渐升高，平衡逆向移动，移动的速率与温度的变化成正比。

此外ScienceJournal App是谷歌公司开发的一款免费的科学实验程序，在智能手机上安装后，可以通过手机中的内置传感器，或通过蓝牙连接到外部传感器，轻松实现环境光、音强、音高、大气压等物理量的测量，数据准确，操作便捷，为信息技术辅助化学教学提供了一条全新的路径。

[1]陈佳璐,杨丹,刘卫东,等.Science Journal App支持下的中学化学实验改进——压强对化学平衡的影响[J].化学教育(中英文), 2023, 44(11):93-97.

[2]高健.智能手机光传感在中学化学实验改进中的应用研究[D].延安大学,2023.DOI:10.27438/d.cnki.gyadu.2023.000422.