化学反应速率测定实验的改进

桂岚岚

(广东省中山市杨仙逸中学 广东中山 528400)

“化学反应速率测定实验”源于人教版高中化学选修四（化学反应原理）第二章第一节“化学反应速率”，该实验设计的目的不仅是要让学生观察和感知到化学反应的快慢，更重要的是让学生了解化学反应速率定量测定的原理，加深学生对化学反应速率表达式的理解。

教材实验：按教材装置图安装好装置，在锥形瓶内各盛有2g锌粒（颗粒大小基本相同），通过分液漏斗分别加入40mL1mol/L和40mL4mol/L的硫酸，比较两者收集10mLH2所用的时间。

一、教材实验的不足

教材实验操作简单，但实验过程中存在下述的明显不足：

用40mL1mol/L的硫酸与2g处理过的锌粒反应做该实验时，学生能看见锌粒表面有气泡，但注射器的活塞前几分钟并不移动，后几分钟呈现跳跃式移动，原因是产生气体的压力一定程度上还不足以迫使注射器活塞移动，只有当气压达到一定程度时，才能推动活塞。

实验中还发现，40mLH2SO4溶液在分液漏斗活塞打开的情况下，H2SO4溶液放入锥形瓶过程滴落不顺畅，并且有不到一半的H2SO4溶液滴入锥形瓶。原因是锥形瓶内气体的压强增大，硫酸溶液受到向上压力导致不易下滑。

锌和稀硫酸反应是放热反应，随着反应进行反应容器温度升高，化学反应速率加快，收集到的气体较反应开始时有一定的膨胀。

学生小组做课本实验的数据分析：

学生小组 加入硫酸浓度 反应时间（min） 加入硫酸浓度 反应时间（min）第一组 1mol/L 20.6 4mol/L 6.5第二组 1mol/L 15.1 4mol/L 3.8第三组 1mol/L 11.2 4mol/L 2.9第四组 1mol/L 无数据 4mol/L 4.5

由于课本实验存在气密性差、操作不便、气体体积受温度和压强的影响，导致学生得到的数据差异大，不稳定，且实验耗时长。鉴于上述原因，我引导学生对该实验装置进行了如下改进。

二、实验改进

（一）实验仪器

125mL锥形瓶，注射器（1支，20mL，带针头），硅胶塞，量筒，秒表，药匙，烧杯，铜制燃烧匙，移液管。

（二）实验药品

锌粒1g，0.5mol/L硫酸，1mol/L硫酸各40mL，冰水混合物。

（三）实验装置

图1 测量锌与硫酸反应速率的改进装置

图1中，锥形瓶装40ml的硫酸溶液，硅胶塞插上移液管，注射器，燃烧匙，燃烧匙上盛放1g锌粒，整个装置放于盛有冰水混合物的大烧杯中。比较0.5mol/L硫酸，1mol/L硫酸各40mL与1g锌粒反应收集10mLH2所用的时间。

（四）实验步骤和结果

检查气密性，按压注射器活塞，使移液管液柱到达0刻度，若水柱高度维持稳定半分钟，代表装置气密性良好，记下注射器刻度K。

一位同学按下铜制燃烧匙，使锌粒与硫酸开始接触反应的同时另一位同学立即按秒表计时，移液管液柱位置上升，微调注射器使得水位维持原来的0刻度，待接近10+K刻度时抽拉注射器活塞使得液面略低于0刻度，当水位到达0刻度同时按停秒表，计算所用时间。学生小组得出实验数据如下表所示。

学生小组 加入硫酸浓度 反应时间（min） 加入硫酸浓度 反应时间（min）第一组 0.5mol/L 1.95 1mol/L 0.73第二组 0.5mol/L 2.02 1mol/L 0.67第三组 0.5mol/L 1.77 1mol/L 0.60第四组 0.5mol/L 1.86 1mol/L 0.75

三、实验改进评价

实验改进将装置放于冰水混合物（0OC）中进行，排除了温度变化对速率反应速率的影响，更加科学合理，测量气体体积更加准确。

改进装置通过手动微调注射器活塞维持移液管液柱高度，维持体系压强恒定，避免因产生气体不够无法推动注射器活塞移动的情况出现，且维持压强使测量气体体积更加准确，同时现象更加直观，学生在手动调节注射器的过程中能亲自体验化学反应的快慢。

改进装置利用拉动铜制燃烧匙控制锌与硫酸溶液的反应，避免原实验中硫酸溶液因装置压强增大无法全部滴落的现象。

改进装置改用小容量的锥形瓶，注射器直接插于硅胶塞上，气密性更好，装置更灵敏，可减少锌的用量和硫酸溶液的浓度，节约实验药品，且实验改进后操作简易、装置一体化、更便于携带。

改进装置测量化学反应速率大大缩短了实验时间，且所测数据稳定性高，因气体体积避免了温度和压强的影响，所测数据更加可靠，从而能更加准确地计算化学反应速率。