Microsoft Excel在高中化学定量实验中的应用<br/>——用质量差法测定化学反应速率及浓度对速率的影响

Microsoft Excel在高中化学定量实验中的应用
——用质量差法测定化学反应速率及浓度对速率的影响

2016-05-05杨秋旸

化学教与学 2016年4期

关键词：实验设计

杨秋旸

（深圳第二外国语学校　广东深圳　518110)

Microsoft Excel在高中化学定量实验中的应用
——用质量差法测定化学反应速率及浓度对速率的影响

杨秋旸

（深圳第二外国语学校广东深圳518110)

摘要：使用电子天平、锥形瓶、注射器、干燥管等常规仪器，通过精确测量大理石和盐酸反应体系的质量变化，利用质量差法计算生成的CO2的质量，从而精确计算出用盐酸表示出的速率；借助Excel软件对众多数据进行处理，快速计算出反应速率，并精确绘制出速率-时间图，直观地反映出盐酸浓度的变化对速率快慢产生的影响。该实验展示了现代计算机技术在高中化学定量实验中的应用所体现的精确性和高效性。

关键词：Excel；质量差；反应速率；实验设计

人教版高中化学教材（选修4）第18页实验2-1（如图1）旨在达到如下三个教学目的：1.使学生巩固化学反应速率的计算方法；2.使学生了解浓度对化学反应速率的影响；3.使学生了解在同一反应中用不同物质所表示的化学反应速率在数值上与化学方程式中各物质前的计量数存在着正比关系［1］。该实验通过量筒收集反应生成的H2并读取其体积，最终转化成用盐酸表示的反应速率。该实验装置设计简易便于操作，然而作为一个定量实验却存在着严密性欠佳的严重缺陷：首先，气体的体积受温度、压强等多种因素的影响，测量误差较大；其次，Zn与H2SO4反应的热效应较大，温度的改变对速率造成的影响没有进行变量控制。为此，笔者对该实验进行如下改进。

图1　测量锌与硫酸反应速率的装置

一、实验构想

质量相对于气体的体积而言受温度、压强的影响很小，可忽略不计，所以，通过测量反应中某个反应物或生成物的质量变化及时间变化来计算反应速率，就可以大大减小实验误差，提高定量实验的精确度。对有气体生成的反应连续称量其体系的质量便可以通过质量差法计算出生成的气体质量。如果，生成的气体摩尔质量较大，便可使测量数据比较灵敏［2］。然后，再通过方程式中的计量数算出其他反应物或生成物的质量、物质的量、物质的量浓度，最终计算出反应速率。

由于连续称量质量及各种物理量之间的转化涉及到的数据偏多，计算量较大，如果能够借助Microsoft Excel软件对数据进行处理就可以给我们的工作带来很大的方便。首先，由学生自己或在教师的指导下编写各个数据的计算公式，借以巩固反应速率的计算方法及进一步熟悉各物理量之间的转换关系；然后，在实验过程中直接输入测量数据，可迅速得出结论。

二、实验原理

以锥形瓶做反应容器，向其中加入大理石颗粒和盐酸，使之发生反应CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑，用电子天平连续称量体系质量，质量变化就等于CO2的质量。将CO2的质量输入Excel表格，根据编写好的计算公式自动生成用盐酸表示的速率，并在Excel中做出速率-时间曲线图，从数据或曲线变化均可看出浓度和速率之间的关系。

三、实验仪器及药品

秒表、电子天平、250mL锥形瓶、60mL注射器、干燥管、棉花、烧杯，粒径4mm左右的大理石、氯化钙、4mol/L的盐酸。

四、实验装置

实验装置如图2所示，实验中使用的电子天平量程为1000g，精确度是0.01g。为防止HCl和H2O的挥发造成误差，在干燥管的下部装有用水湿润的棉花，以吸收挥发出来的HCl，干燥管的上部装有无水CaCl2，以吸收挥发出来的水蒸气；两者之间用干燥的棉花隔开。为了保持收集数据的连贯性，使测量的数据更少地受到其它因素的干扰，本实验采用注射器注射盐酸的方法。