測(cè)量鋅和稀硫酸反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

李嚴(yán)

1.原實(shí)驗(yàn)中的不足

現(xiàn)行人教版化學(xué)選修四第二章第一節(jié)通過實(shí)驗(yàn)2-1測(cè)量了化學(xué)反應(yīng)速率，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1

具體做法為：按圖1所示安裝2套裝置，在錐形瓶?jī)?nèi)各盛2 g鋅粒（顆粒大小基本相同），通過分液漏斗分別加入40 mL 1 mol/L和40 mL 4 mol/L的硫酸。比較二者收集10 mL H2所用的時(shí)間，以此來測(cè)量同質(zhì)量的鋅與不同物質(zhì)的量濃度的硫酸反應(yīng)的速率。

該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象較為明顯，但是實(shí)驗(yàn)還存在著下述明顯的不足之處：（1）鋅和硫酸反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)速率會(huì)明顯加快，并且收集到的氣體溫度也在不斷變化之中，難以精確計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率。（2）本實(shí)驗(yàn)比較濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響，但是學(xué)生無法從視覺上直觀感知實(shí)驗(yàn)所用硫酸濃度的差異。（3）儀器較多，不便攜帶，操作較為繁瑣。（4）實(shí)驗(yàn)實(shí)際收集到的是氫氣和空氣的混合氣，可能受到一些偶發(fā)因素引起爆炸，不安全。鑒于上述原因， 進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。

2.改進(jìn)方法

（1）實(shí)驗(yàn)用品

注射器（2支，20 mL），橡膠塞，量筒，秒表，藥匙，燒杯。

鋅粒，品紅，4 mol/L硫酸，冰水混合物。

（2）實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果

①在4 mol/L硫酸溶液中加入少量品紅粉末，使其顯紅色，量取25 mL 4 mol/L硫酸，稀釋至100 mL得1 mol/L硫酸，顯淺紅色。

②取2支注射器（不含針頭），拔出推桿，向其中各放人4個(gè)鋅粒（顆粒大小基本相同，約2 g），插入推桿至不能推動(dòng)為止。

③把硫酸放入冰水混合物中冷卻后，用2支注射器同時(shí)吸取1 mol/L和4 mol/L硫酸（學(xué)生協(xié)作），擠出針筒內(nèi)的空氣和部分硫酸，使針筒內(nèi)硫酸體積為10 mL，將注射器尖嘴插入橡膠塞（橡膠塞預(yù)先打有小孔）后把注射器放在燒杯的冰水混合物里，并開始計(jì)時(shí)。

④當(dāng)H2體積達(dá)到10 mL時(shí)，拔去橡膠塞，擠出注射器內(nèi)硫酸。比較二者收集10 mL H2所用的時(shí)間，以此來測(cè)量同質(zhì)量的鋅與不同物質(zhì)的量濃度的硫酸反應(yīng)的速率?，F(xiàn)象是裝有紅色液體的注射器推桿移動(dòng)明顯快于裝有淺紅色液體的注射器推桿。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1

加入試劑反應(yīng)時(shí)間/min反應(yīng)速率/

mol·L-1·min-1

1 mol/L H2SO4100.0045

4 mol/L H2SO42.50.018

3.改進(jìn)后優(yōu)點(diǎn)

（1）改進(jìn)裝置利用注射器將氫氣發(fā)生裝置與收集裝置合二為一；利用燒杯將課本上2套測(cè)量化學(xué)反應(yīng)速率裝置合二為一，儀器和硫酸用量都大為減少，操作簡(jiǎn)易、便于攜帶。

（2）通過品紅來指示硫酸濃度大小非常直觀，注射器并排放置于同一燒杯中能產(chǎn)生強(qiáng)烈的對(duì)比效果。

（3）反應(yīng)放在冰水混合物中進(jìn)行，排除了溫度變化對(duì)

反應(yīng)速率的影響，更加科學(xué)合理；收集到的氣體溫度恒定為0℃，用于計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率更加方便準(zhǔn)確。

（4）課本上注射器內(nèi)收集的是氫氣和空氣的混合氣，而本實(shí)驗(yàn)注射器內(nèi)收集的是純氫氣，安全可靠，在一個(gè)班級(jí)演示后再到另外一個(gè)班級(jí)演示時(shí)，只需注射器重新吸入硫酸即可，十分便捷。

（收稿日期：2015-01-26）