測量鋅與硫酸反應(yīng)速率實驗裝置的改進(jìn)

朱藝穎 李琦

摘 要：在實驗過程中，按照教材的步驟展開測量鋅與硫酸反應(yīng)速率的實驗，發(fā)現(xiàn)實驗中存在一些不足之處，因此，本文對實驗進(jìn)行了一定的改進(jìn)，不僅滿足了教師的教學(xué)要求，同時也便于同學(xué)們觀察和操作。

關(guān)鍵詞：鋅與硫酸同 反應(yīng)速率 測量 實驗改進(jìn)

中圖分類號：O643 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0208-02

在現(xiàn)學(xué)的教材中，測量鋅與硫酸反應(yīng)速率的實驗裝置來學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)速率，在實驗的過程中，筆者和同學(xué)們共同完成了測量實驗。但是在實驗過程中，發(fā)現(xiàn)了一些裝置的不足之處，經(jīng)過長時間的討論和改進(jìn)，提出了一些改進(jìn)內(nèi)容。

1 實驗裝置存在的不足之處

第一，教材中的實驗裝置在實驗過程中，將硫酸溶液滴入分液漏斗中，使其能夠在分液漏斗的控制下逐漸流入到錐形瓶中與鋅粒充分接觸。隨著硫酸的滴入，錐形瓶內(nèi)的鋅粒與硫酸充分接觸并反應(yīng)，產(chǎn)生氣體使得錐形瓶內(nèi)的壓強增大，通過導(dǎo)管進(jìn)入到注射器中，通過活塞移動來收集一定量的氫氣。但是在此過程中，由于瓶內(nèi)的氣壓增大，一些實驗中硫酸并不能夠持續(xù)滴入錐形瓶中，出現(xiàn)硫酸“斷流”的現(xiàn)象，同時，硫酸滴入的快慢程度也難以控制，甚至出現(xiàn)難以滴加的現(xiàn)象，影響實際的反應(yīng)效果[1]。

第二，實驗裝置儀器相對較為復(fù)雜，在連接的過程中非常不方便（如：玻璃管和橡膠管并不常見）。且在裝置的安裝和調(diào)整、硫酸的量、鋅與硫酸反應(yīng)等方面的控制相對較為費時。此外，注射器的器壁與內(nèi)部活塞之間存在一定的摩擦力，為了讓實驗更加順利，本人曾嘗試用水進(jìn)行濕潤或是涂抹凡士林進(jìn)行潤滑，然而產(chǎn)生的效果并不是很好，摩擦阻力依然很大，在這樣情況的影響下，活塞容易在內(nèi)外壓強不一致的情況下產(chǎn)生跳躍式移動，使得在收集氣體的過程中很難將其控制在10mL，導(dǎo)致結(jié)果的不準(zhǔn)確[2]。

第三，在反應(yīng)的過程中，由于裝置自身存在著一定的不足，使得硫酸在滴入錐形瓶的過程中所產(chǎn)生的氫氣容易外漏，導(dǎo)致相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響到后期的測量結(jié)果。同時，一些實驗中所使用的鋅粒并不是純凈的，鋅粒表面的氧化層與硫酸反應(yīng)需要消耗一定的時間，干擾了鋅粒與硫酸的正常反應(yīng)，導(dǎo)致測量出的結(jié)果出現(xiàn)一定誤差。此外，人為操作的不規(guī)范性也會為測量結(jié)果帶來一定的影響。比如，用手直接拿鋅粒，會影響到鋅粒表面的純凈程度，影響反應(yīng)速率。

2 實驗裝置改進(jìn)綜述

建議可以通過以下方式來對裝置進(jìn)行改進(jìn)，使測量的結(jié)果更準(zhǔn)確。圖1為改進(jìn)后的裝置。

第一，實驗用品的準(zhǔn)備。在改進(jìn)的實驗裝置中，需要以下實驗器材：鐵架臺一個、鐵圈一個、蝴蝶夾若干、導(dǎo)管若干、三口燒瓶一個、鑷子一個、砂紙一張、分液漏斗一個、堿式滴定管一個、普通漏斗一個、橡膠管若干、秒表一個、托盤天平一個、實驗手套若干等。此外，還需要準(zhǔn)備一定量的實驗藥品：硫酸（物質(zhì)的量濃度為4mol/L）、硫酸（物質(zhì)的量濃度為1mol/L）、鋅粒適量、酚酞試液、碳酸鈉溶液適量以及水等。

第二，實驗原理。教材中的實驗原理是：在兩個錐形瓶中分別放入2g鋅粒，并通過分液漏斗向其中滴入不同物質(zhì)的量濃度的硫酸，并比較二者產(chǎn)生10mL氫氣所需要的時間，以此來測量鋅與硫酸的反應(yīng)速率。實驗過程相對簡潔明了，但是裝置的不嚴(yán)謹(jǐn)使得在實驗的過程中容易受到更多因素的干擾，導(dǎo)致結(jié)果的不準(zhǔn)確。而改進(jìn)裝置的實驗原理是：通過鋅粒分別與兩種不同規(guī)格的硫酸反應(yīng)生成10mL氫氣所需要的時間長短來判斷反應(yīng)速率與物質(zhì)的量濃度之間的關(guān)系。在實驗的過程中，通過分液漏斗向三口燒瓶中滴加適量不用濃度的硫酸，并通過右側(cè)的恒壓裝置將產(chǎn)生的氫氣收集，通過秒表來記錄反應(yīng)所需的時間，以此來判斷影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，完成實驗的目標(biāo)。

第三，實驗過程。（1）檢查裝置的氣密性。在實驗開始之前，必須檢查裝置的氣密性，保證外界壓強不會對實驗裝置內(nèi)部產(chǎn)生干擾。因此，按照圖1所示將裝置連接好，在連接好裝置后，需要先對其氣密性進(jìn)行測試，本裝置是通過壓強來判斷氣密性是否良好的，即：向普通漏洞中加入適量水，并觀察普通漏斗與堿式滴定管中的液面，若是兩者存在一定的液面差，并在一段時間內(nèi)液面差保持不變，則說明該裝置的氣密性良好。若是液面差發(fā)生變化，則需要重新檢查裝置的連接情況，并在重新連接好后重復(fù)上述檢查過程，保證裝置的氣密性良好。（2）在檢查過裝置的氣密性后，就可以開始后續(xù)的實驗。用砂紙將鋅粒表面的雜質(zhì)去除掉，保證鋅粒的純凈，用天平稱取2g的鋅粒，并用鑷子將其放入到三口燒瓶中，同時向分液漏斗中加入40mL 4mol/L的硫酸溶液，將適量滴有酚酞試液的碳酸鈉溶液加入到普通漏斗中，并將普通漏斗的高低進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，使普通漏斗內(nèi)的液面與堿式滴定管中的液面相平，并將此時液面的讀數(shù)記錄下來，以便后期進(jìn)行計算的時候所用。（3）在記錄下液面讀數(shù)后，將左邊分液漏斗的活塞打開，當(dāng)硫酸開始與鋅粒反應(yīng)時按下秒表開始計時，與此同時適當(dāng)調(diào)節(jié)普通漏斗的高低以保證其與堿式滴定管中的液面相平，并記錄產(chǎn)生10mL氫氣所用的時間。在該過程中，需要小組人員合作完成，一個成員記錄數(shù)據(jù)，另一個成員移動普通漏洞保證液面相平，其他小組成員對整個反應(yīng)進(jìn)行觀察，避免其他因素干擾實驗。（4）上述為40mL 4mol/L的硫酸所進(jìn)行的實驗，為了使實驗結(jié)果能夠更精確且具有一定的對比性，需要再量取40mL 1mol/L的硫酸與2g的鋅粒反應(yīng)，重復(fù)上述操作，并將實驗所得到的相關(guān)數(shù)據(jù)記錄下來。比較兩組實驗所得到的不同數(shù)據(jù)，以此來歸納和總結(jié)相關(guān)規(guī)律。

第四，改進(jìn)實驗的優(yōu)勢。（1）裝置的改進(jìn)。將錐形瓶換成了三口燒瓶，并將注射器換成了連通器，一方面能夠改進(jìn)實驗中存在的壓強、摩擦等影響因素，另一方面能夠使實驗現(xiàn)象更加明顯。（2）在實驗中使用了酚酞試液，該試液的使用不僅符合堿式滴定管的要求，同時也讓碳酸鈉溶液變色，使其更容易觀察，便于實驗過程中數(shù)據(jù)的讀取。（3）改進(jìn)后的實驗裝置所含的儀器相對較少，且使用起來非常簡單方便。

總而言之，需要在實驗的過程中積極投入，及時發(fā)現(xiàn)裝置中存在的不足，并根據(jù)自身的能力對其進(jìn)行改進(jìn)，使實驗結(jié)果更加準(zhǔn)確，這樣對學(xué)習(xí)的效果有十分重要的幫助作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 李大剛.測量鋅與硫酸反應(yīng)速率實驗的改進(jìn)[J].實驗教學(xué)與儀器，2016（S2）：31-32.

[2] 李嚴(yán).測量鋅和稀硫酸反應(yīng)速率實驗的改進(jìn)[J].中學(xué)化學(xué)，2015（7）：29.