DISLa條件下化學(xué)反應(yīng)速率及其影響因素的探究

王春梅

（寧夏育才中學(xué)，寧夏 銀川）

化學(xué)作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，課堂教學(xué)必然在與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的條件下進(jìn)行，課堂上通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得感性知識(shí)，從而鞏固和加深對(duì)化學(xué)基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)的理解，同時(shí)實(shí)驗(yàn)可以為理論的完善和發(fā)展提供依據(jù)。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)與課堂教學(xué)的整合成為教學(xué)改革的方向之一。在此背景下以傳感器及其軟件技術(shù)為核心的DISLab應(yīng)運(yùn)而生，DISLab即Digital Information System Laboratory的縮寫，就是數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其配套應(yīng)運(yùn)軟件所構(gòu)成。DISLab的基本原理和功能就是根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求配備了各種傳感器，能夠?qū)崟r(shí)定時(shí)定量地顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，在完善實(shí)驗(yàn)和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中發(fā)揮較大的作用。它的使用成功克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的諸多弊端，有力地支持了信息技術(shù)與課堂教學(xué)的全面整合，DISLab技術(shù)的應(yīng)用，初步實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)改造傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段和方法，它不但能替代許多傳統(tǒng)儀表，如電流表、酸度計(jì)、溫度計(jì)等，而且還能直接測(cè)量某些瞬時(shí)值，因此學(xué)生利用DISLab可以探究的問(wèn)題范圍和深度都大大拓展，這對(duì)提高學(xué)生的探究能力很有益處。本文基于DISLab條件下對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率及其外界影響因素進(jìn)行了探討。

一、化學(xué)反應(yīng)速率

1.儀器與試劑

儀器：朗威DISLab數(shù)據(jù)采集器、相對(duì)壓強(qiáng)傳感器、計(jì)算機(jī)等。

試劑：鋅粒、硫酸（2mol/L）、硫酸（4mol/L）、試管、帶導(dǎo)管橡膠塞、量筒等。

2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程

現(xiàn)行人民教育出版社化學(xué)教材選修4中P18實(shí)驗(yàn)2-1，在錐形瓶?jī)?nèi)各盛有2g鋅粒（顆粒大小基本相同），通過(guò)分液漏斗分別加入40mL1mol/L和40mL4mol/L的硫酸，比較兩者收集10mLH2所用的時(shí)間。教材中實(shí)驗(yàn)是根據(jù)生成相同體積的H2來(lái)計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率，筆者對(duì)本實(shí)驗(yàn)在DISLab條件下進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)采用相同質(zhì)量的鋅粒分別與20mL2mol/L和20mL4mol/L的硫酸在相同體積的大試管中進(jìn)行反應(yīng)，一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)相對(duì)壓強(qiáng)傳感器測(cè)試管內(nèi)壓強(qiáng)的變化。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

首先各取大小相同的2g鋅粒放入試管中，用兩只量筒取2mol/L和4mol/L的硫酸各20mL，打開(kāi)朗威DISLab6.9通用軟件，然后將相對(duì)壓強(qiáng)傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連并接入計(jì)算機(jī)USB接口，進(jìn)行調(diào)零，調(diào)零完畢，點(diǎn)開(kāi)軟件中的“計(jì)算表格”，選擇記錄頻率為2Hz（間隔時(shí)間0.5s），點(diǎn)擊“自動(dòng)記錄”然后將量好的硫酸同時(shí)分別加入兩支試管中，通過(guò)傳感器自動(dòng)記下每個(gè)瞬時(shí)壓強(qiáng)值。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

截取儀器自動(dòng)記錄的某一相同時(shí)段試管內(nèi)的相對(duì)壓強(qiáng)值繪圖，2mol/L硫酸與鋅粒反應(yīng)，4mol/L硫酸與鋅粒反應(yīng)，origin作圖將兩者對(duì)比，發(fā)現(xiàn)后者反應(yīng)速率正好是前者的兩倍。

二、影響反應(yīng)速率的因素

1.濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響

（1）儀器與試劑

儀器：朗威DISLab數(shù)據(jù)采集器、二氧化碳傳感器、計(jì)算機(jī)、試管、量筒等。

試劑：KMnO4溶液（0.01mol/L）、稀硫酸、H2C2O4溶液（0.1mol/L、0.2mol/L）。

（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

人教版選修4教材P20實(shí)驗(yàn)2-2，取兩支試管，各加4mL 0.01mol/L的KMnO4溶液，然后一支試管中加入0.1mol/L的H2C2O4溶液，另一支試管中加入0.2mol/L H2C2O4溶液，記錄溶液褪色的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)比較反應(yīng)快慢，從而分析濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響。改用傳感器后實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)裝置連接好之后先調(diào)零，然后點(diǎn)擊“自動(dòng)記錄”后在試管中加入反應(yīng)物，反應(yīng)進(jìn)行了30s時(shí)的瞬時(shí)值，據(jù)此可以得出加入0.2mol/L的H2C2O4溶液的試管中CO2值明顯高于加入0.1mol/L的H2C2O4溶液的試管，因此可以得出結(jié)論在其他條件相同的情況下，增大反應(yīng)物的濃度反應(yīng)速率增大。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)需要較長(zhǎng)時(shí)間觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在本實(shí)驗(yàn)中改用二氧化碳傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)既節(jié)省時(shí)間又能通過(guò)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)而得出結(jié)論。

2.溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響

（1）儀器與試劑

儀器：朗威DISLab數(shù)據(jù)采集器、二氧化硫傳感器、計(jì)算機(jī)、量筒、錐形瓶、燒杯等。

試劑：Na2S2O3溶液（0.1mol/L）、H2SO4（0.1mol/L）。

（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)是在人教版選修4教材P21實(shí)驗(yàn)2-3的基礎(chǔ)上改用二氧化硫傳感器，具體操作過(guò)程與實(shí)驗(yàn)2-2相同。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在冷水中和熱水中反應(yīng)相同時(shí)間內(nèi)生成SO2的量不同，很顯然，其他條件相同的情況下，溫度升高反應(yīng)速率增大。

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的研究，我們不難發(fā)現(xiàn)應(yīng)用DISLab進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越性是顯而易見(jiàn)的，它操作簡(jiǎn)單、高效、結(jié)果準(zhǔn)確，讓我們感覺(jué)到高科技帶來(lái)的便捷，同時(shí)采用DISLab進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果非常直觀。DISLab系統(tǒng)的引入也為開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)創(chuàng)造了更好的條件，為對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)感興趣的學(xué)生提供了進(jìn)一步研究和探索的平臺(tái)，有利于滿足不同學(xué)生的不同需求，為實(shí)現(xiàn)自然學(xué)科教育的個(gè)性化創(chuàng)造了很好的條件。