測定大理石與鹽酸反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

李嘉

摘要：利用洗瓶作為反應(yīng)容器，并輔以電子天平來測量排出溶液的質(zhì)量換算出生成二氧化碳的體積，能準(zhǔn)確、直觀地測量出大理石和鹽酸反應(yīng)速率，配合使用Excel軟件繪制出大理石和鹽酸反應(yīng)速率曲線，使學(xué)生了解濃度對化學(xué)平衡的影響。

關(guān)鍵詞：大理石；鹽酸；洗瓶；電子天平

文章編號：1008-0546（2015）03-0090-02 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

“測定大理石與鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)速率”實(shí)驗(yàn)室上科版高一下6.1中第一課時的一個重要的學(xué)生實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時、將裝有大理石和鹽酸的試管與針筒相連，隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，試管內(nèi)不斷產(chǎn)生的二氧化碳，同時針筒的示數(shù)也不斷增大（如圖1），其示數(shù)即生成二氧化碳的體積。學(xué)生每隔一段時間記錄針筒的示數(shù)，最后利用數(shù)據(jù)作圖，即可得到相應(yīng)的反應(yīng)速率。[1]但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程之中，學(xué)生得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并不理想，除了儀器氣密性和碳酸鈣顆粒的大小和多少等影響因素之外，主要還是因?yàn)獒樛驳幕钊幸欢ǖ撵o摩擦力，也導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)剛開始的時候活塞并不一定能夠移動，而且移動的過程是往往有點(diǎn)跳躍造成了數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)。為了能讓學(xué)生更準(zhǔn)確地了解化學(xué)反應(yīng)速率的含義，筆者對這個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了如下改進(jìn)。

一、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)方案與裝置改進(jìn)

在測量質(zhì)量、體積、物質(zhì)的量的等衡量物質(zhì)多少的物理量當(dāng)中以測量質(zhì)量最為便捷，準(zhǔn)確。因?yàn)檎麴s水的密度為1g/mL，即1g水的體積為1mL，通過測量排水的質(zhì)量多少就可得知反應(yīng)器中生成的氣體體積，連續(xù)測量單位時間內(nèi)排除水的質(zhì)量并換算成生成氣體體積就能準(zhǔn)確得到化學(xué)反應(yīng)速率與時間的關(guān)系圖。因此筆者決定使用實(shí)驗(yàn)室常見的洗瓶做為反應(yīng)的容器，通過測量單位時間內(nèi)排出的飽和碳酸氫鈉溶液的重量，換算出生成的二氧化碳的體積，并通過Excel做出相應(yīng)的速率曲線。

先用酒精燈加熱銅絲，趁熱將銅絲在洗瓶的蓋子上戳兩個小洞，再用銅絲固定住口徑25mm的試管，穿過洗瓶蓋子置于洗瓶中，另外將一只10mL的針筒穿過洗瓶蓋子，針頭下方對準(zhǔn)試管，蓋上洗瓶的蓋子，使用熱熔膠槍將兩個小洞封住，保持洗瓶的良好的氣密性，再用比重計(jì)測量當(dāng)前室溫下飽和碳酸氫鈉溶液的密度為1.06g/mL通過V=m/ρ換算出生成的二氧化碳的體積。實(shí)驗(yàn)中使用的電子天平量程為200g，精度為0.001g（亦可使用藥物天平代替）。

二、實(shí)驗(yàn)儀器以及試劑

塊狀大理石、2mol/L HCl、1mol/L HCl、0.5mol/L HCl、電子天平、電子秒表、洗瓶、銅絲、250mL燒杯。

三、實(shí)驗(yàn)操作步驟

（1）先稱取約10g的塊狀大理石，加入到洗瓶中的試管內(nèi)，再用針筒吸取10mL的2mol/L HCl，將一個250mL的燒杯置于電子天平上并去皮，使示數(shù)為0.000g。

（2）將洗瓶的噴嘴對準(zhǔn)電子天平上的燒杯，輕輕推動針筒的拉桿將10mL的2mol/L HCl注入到洗瓶中的試管內(nèi)。

（3）片刻之后，每隔5s記錄下電子天平的讀數(shù)。

（4）將測得的數(shù)據(jù)換算成生成二氧化碳的體積，填入Excel表格之中，繪制出生成二氧化碳的速率圖

（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后可將250mL燒杯中的飽和碳酸氫鈉溶液倒回洗瓶中。

（6）取針筒吸取10mL的1mol/L HCl，同樣稱取約10g的塊狀大理石置于試管內(nèi)，重復(fù)進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)步驟。

四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其處理

上述實(shí)驗(yàn)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表1-3。

將所得數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel生成的速率曲線如圖3所示：

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

（1）利用洗瓶作為反應(yīng)容器，并輔以電子天平來測量排出溶液的質(zhì)量，可以準(zhǔn)確、直觀地測量出大理石和鹽酸反應(yīng)速率，數(shù)據(jù)處理也較為便捷。

（2）對比三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel后所繪制出的圖像，可以明顯觀察到增加反應(yīng)物的濃度，可以明顯增大化學(xué)反應(yīng)速率，且隨著反應(yīng)的進(jìn)行反應(yīng)體系中的鹽酸濃度下降了，化學(xué)反應(yīng)速率也隨之下降了，可以讓學(xué)生了解到濃度是影響化學(xué)反應(yīng)速率的重要因素。

（3）此套裝置還可以方便地運(yùn)用到催化劑和溫度對化學(xué)平衡的影響的實(shí)驗(yàn)中（例如過氧化氫分解速率的研究），同樣適合學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)通過觀察數(shù)據(jù)化的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，來關(guān)注實(shí)驗(yàn)中的量的變化從而學(xué)會分析和處理數(shù)據(jù)，加深學(xué)生對化學(xué)平衡的理解。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚子鵬，陳基福，洪東府等.化學(xué)（高中一年級第二學(xué)期）[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2007：33～62