測量鋅與硫酸反應速率實驗裝置的改進

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速率的實驗，發現實驗中存在一些不足之處，因此，本文對實驗進行了一定的改進，不僅滿足了教師的教學要求，同時也便于同學們觀察和操作。

關鍵詞：鋅與硫酸同 反應速率 測量 實驗改進

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

在現學的教材中，測量鋅與硫酸反應速率的實驗裝置來學習化學反應速率，在實驗的過程中，筆者和同學們共同完成了測量實驗。但是在實驗過程中，發現了一些裝置的不足之處，經過長時間的討論和改進，提出了一些改進內容。

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，錐形瓶內的鋅粒與硫酸充分接觸并反應，產生氣體使得錐形瓶內的壓強增大，通過導管進入到注射器中，通過活塞移動來收集一定量的氫氣。但是在此過程中，由于瓶內的氣壓增大，一些實驗中硫酸并不能夠持續滴入錐形瓶中，出現硫酸“斷流”的現象，同時，硫酸滴入的快慢程度也難以控制，甚至出現難以滴加的現象，影響實際的反應效果[1]。

第二，實驗裝置儀器相對較為復雜，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整、硫酸的量、鋅與硫酸反應等方面的控制相對較為費時。此外，注射器的器壁與內部活塞之間存在一定的摩擦力，為了讓實驗更加順利，本人曾嘗試用水進行濕潤或是涂抹凡士林進行潤滑，然而產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，活塞容易在內外壓強不一致的情況下產生跳躍式移動，使得在收集氣體的過程中很難將其控制在10mL，導致結果的不準確[2]。

第三，在反應的過程中，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生的氫氣容易外漏，導致相關數據的記錄不準確，進而影響到后期的測量結果。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需要消耗一定的時間，干擾了鋅粒與硫酸的正常反應，導致測量出的結果出現一定誤差。此外，人為操作的不規范性也會為測量結果帶來一定的影響。比如，用手直接拿鋅粒，會影響到鋅粒表面的純凈程度，影響反應速率。

2 實驗裝置改進綜述

建議可以通過以下方式來對裝置進行改進，使測量的結果更準確。圖1為改進后的裝置。

第一，實驗用品的準備。在改進的實驗裝置中，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，還需要準備一定量的實驗藥品：硫酸（物質的量濃度為4mol/L）、硫酸（物質的量濃度為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的量濃度的硫酸，并比較二者產生10mL氫氣所需要的時間，以此來測量鋅與硫酸的反應速率。實驗過程相對簡潔明了，但是裝置的不嚴謹使得在實驗的過程中容易受到更多因素的干擾，導致結果的不準確。而改進裝置的實驗原理是：通過鋅粒分別與兩種不同規格的硫酸反應生成10mL氫氣所需要的時間長短來判斷反應速率與物質的量濃度之間的關系。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，并通過右側的恒壓裝置將產生的氫氣收集，通過秒表來記錄反應所需的時間，以此來判斷影響化學反應速率的因素，完成實驗的目標。

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部產生干擾。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，就可以開始后續的實驗。用砂紙將鋅粒表面的雜質去除掉，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行適當調節，使普通漏斗內的液面與堿式滴定管中的液面相平，并將此時液面的讀數記錄下來，以便后期進行計算的時候所用。（3）在記錄下液面讀數后，將左邊分液漏斗的活塞打開，當硫酸開始與鋅粒反應時按下秒表開始計時，與此同時適當調節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，一個成員記錄數據，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進行觀察，避免其他因素干擾實驗。（4）上述為40mL 4mol/L的硫酸所進行的實驗，為了使實驗結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，重復上述操作，并將實驗所得到的相關數據記錄下來。比較兩組實驗所得到的不同數據，以此來歸納和總結相關規律。

第四，改進實驗的優勢。（1）裝置的改進。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，便于實驗過程中數據的讀取。（3）改進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，及時發現裝置中存在的不足，并根據自身的能力對其進行改進，使實驗結果更加準確，這樣對學習的效果有十分重要的幫助作用。

參考文獻

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

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