化學(xué)反應(yīng)速率測(cè)定實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

桂嵐嵐

(廣東省中山市楊仙逸中學(xué) 廣東中山 528400)

“化學(xué)反應(yīng)速率測(cè)定實(shí)驗(yàn)”源于人教版高中化學(xué)選修四（化學(xué)反應(yīng)原理）第二章第一節(jié)“化學(xué)反應(yīng)速率”，該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的不僅是要讓學(xué)生觀察和感知到化學(xué)反應(yīng)的快慢，更重要的是讓學(xué)生了解化學(xué)反應(yīng)速率定量測(cè)定的原理，加深學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率表達(dá)式的理解。

教材實(shí)驗(yàn)：按教材裝置圖安裝好裝置，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。

一、教材實(shí)驗(yàn)的不足

教材實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在下述的明顯不足：

用40mL1mol/L的硫酸與2g處理過(guò)的鋅粒反應(yīng)做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生能看見(jiàn)鋅粒表面有氣泡，但注射器的活塞前幾分鐘并不移動(dòng)，后幾分鐘呈現(xiàn)跳躍式移動(dòng)，原因是產(chǎn)生氣體的壓力一定程度上還不足以迫使注射器活塞移動(dòng)，只有當(dāng)氣壓達(dá)到一定程度時(shí)，才能推動(dòng)活塞。

實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，40mLH2SO4溶液在分液漏斗活塞打開的情況下，H2SO4溶液放入錐形瓶過(guò)程滴落不順暢，并且有不到一半的H2SO4溶液滴入錐形瓶。原因是錐形瓶?jī)?nèi)氣體的壓強(qiáng)增大，硫酸溶液受到向上壓力導(dǎo)致不易下滑。

鋅和稀硫酸反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)容器溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，收集到的氣體較反應(yīng)開始時(shí)有一定的膨脹。

學(xué)生小組做課本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析：

學(xué)生小組 加入硫酸濃度 反應(yīng)時(shí)間（min） 加入硫酸濃度 反應(yīng)時(shí)間（min）第一組 1mol/L 20.6 4mol/L 6.5第二組 1mol/L 15.1 4mol/L 3.8第三組 1mol/L 11.2 4mol/L 2.9第四組 1mol/L 無(wú)數(shù)據(jù) 4mol/L 4.5

由于課本實(shí)驗(yàn)存在氣密性差、操作不便、氣體體積受溫度和壓強(qiáng)的影響，導(dǎo)致學(xué)生得到的數(shù)據(jù)差異大，不穩(wěn)定，且實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)。鑒于上述原因，我引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了如下改進(jìn)。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

（一）實(shí)驗(yàn)儀器

125mL錐形瓶，注射器（1支，20mL，帶針頭），硅膠塞，量筒，秒表，藥匙，燒杯，銅制燃燒匙，移液管。

（二）實(shí)驗(yàn)藥品

鋅粒1g，0.5mol/L硫酸，1mol/L硫酸各40mL，冰水混合物。

（三）實(shí)驗(yàn)裝置

圖1 測(cè)量鋅與硫酸反應(yīng)速率的改進(jìn)裝置

圖1中，錐形瓶裝40ml的硫酸溶液，硅膠塞插上移液管，注射器，燃燒匙，燃燒匙上盛放1g鋅粒，整個(gè)裝置放于盛有冰水混合物的大燒杯中。比較0.5mol/L硫酸，1mol/L硫酸各40mL與1g鋅粒反應(yīng)收集10mLH2所用的時(shí)間。

（四）實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果

檢查氣密性，按壓注射器活塞，使移液管液柱到達(dá)0刻度，若水柱高度維持穩(wěn)定半分鐘，代表裝置氣密性良好，記下注射器刻度K。

一位同學(xué)按下銅制燃燒匙，使鋅粒與硫酸開始接觸反應(yīng)的同時(shí)另一位同學(xué)立即按秒表計(jì)時(shí)，移液管液柱位置上升，微調(diào)注射器使得水位維持原來(lái)的0刻度，待接近10+K刻度時(shí)抽拉注射器活塞使得液面略低于0刻度，當(dāng)水位到達(dá)0刻度同時(shí)按停秒表，計(jì)算所用時(shí)間。學(xué)生小組得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。

學(xué)生小組 加入硫酸濃度 反應(yīng)時(shí)間（min） 加入硫酸濃度 反應(yīng)時(shí)間（min）第一組 0.5mol/L 1.95 1mol/L 0.73第二組 0.5mol/L 2.02 1mol/L 0.67第三組 0.5mol/L 1.77 1mol/L 0.60第四組 0.5mol/L 1.86 1mol/L 0.75

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)將裝置放于冰水混合物（0OC）中進(jìn)行，排除了溫度變化對(duì)速率反應(yīng)速率的影響，更加科學(xué)合理，測(cè)量氣體體積更加準(zhǔn)確。

改進(jìn)裝置通過(guò)手動(dòng)微調(diào)注射器活塞維持移液管液柱高度，維持體系壓強(qiáng)恒定，避免因產(chǎn)生氣體不夠無(wú)法推動(dòng)注射器活塞移動(dòng)的情況出現(xiàn)，且維持壓強(qiáng)使測(cè)量氣體體積更加準(zhǔn)確，同時(shí)現(xiàn)象更加直觀，學(xué)生在手動(dòng)調(diào)節(jié)注射器的過(guò)程中能親自體驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)的快慢。

改進(jìn)裝置利用拉動(dòng)銅制燃燒匙控制鋅與硫酸溶液的反應(yīng)，避免原實(shí)驗(yàn)中硫酸溶液因裝置壓強(qiáng)增大無(wú)法全部滴落的現(xiàn)象。

改進(jìn)裝置改用小容量的錐形瓶，注射器直接插于硅膠塞上，氣密性更好，裝置更靈敏，可減少鋅的用量和硫酸溶液的濃度，節(jié)約實(shí)驗(yàn)藥品，且實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后操作簡(jiǎn)易、裝置一體化、更便于攜帶。

改進(jìn)裝置測(cè)量化學(xué)反應(yīng)速率大大縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，且所測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性高，因氣體體積避免了溫度和壓強(qiáng)的影響，所測(cè)數(shù)據(jù)更加可靠，從而能更加準(zhǔn)確地計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率。