基于溫度傳感器的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)探究實驗

物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的變化必然伴隨著能量釋放或吸收，宏觀體現(xiàn)在溫度的改變上。但是有時候溫度的微小改變單靠觸摸感覺是不夠的，用溫度計檢測難免不精確而且實時性不佳。基于數(shù)字化實驗室的溫度傳感器可以幫助人們即時地了解物質(zhì)變化時的溫度改變，更全面地認(rèn)識微觀變化，達(dá)到化學(xué)知識的三重表征。

1 I2和不同溶劑之間的作用

碘在非極性、弱極性溶劑中的溶解度大于它在水中的溶解度，它們的溶液呈現(xiàn)紫色、棕褐色等不同的顏色(表1)。實驗證明:形成褐色溶液是溶劑分子以其一對電子和I-I配位。常見的醇、酮等均能提供電子對和I-I配位，所以它們的溶液顯褐色。若溶劑提供電子對的能力更強，則溶液顏色向淺黃色過渡(如在水中的顏色);若提供電子對的能力不強，則溶液呈紫色。由于溶劑的電子對和碘配位，所以在碘與之結(jié)合較強的溶劑中溶解度稍大些，同時很容易想象褐色溶液中的碘較紫色溶液中的碘更為活潑。

1.1 實驗?zāi)康氖褂脺囟葌鞲衅鞲袦y體系溫度的瞬時和連續(xù)變化情況;探究溫度對I2溶解于不同溶劑的影響。

1.2 實驗儀器與藥品儀器:溫度傳感器、磁子攪拌器、100 mL燒杯、天平、10 mL量筒。藥品:I2、三氯甲烷、乙醇、四氯甲烷。

1.3 實驗過程實驗1:在裝有10 mL CHCl3 和0.2 g I2(約0.000 79 mol)的100 mL燒杯中加入10 mL C2H5OH，用磁子攪拌器充分?jǐn)嚢瑁^察溶液顏色變化，并用溫度傳感器記錄溶液溫度的變化情況(圖1)。實驗2:在裝有10 mL CCl4和0.2g I2(約0.000 79 mol)的100 mL燒杯中加入10 mL C2H5OH，用磁子攪拌器充分?jǐn)嚢瑁^察溶液顏色變化，并用溫度傳感器記錄溶液溫度的變化情況(圖2)。

1.4 實驗數(shù)據(jù)見表2

1.5 實驗小結(jié)往I2—CHCl3和I2—CHCl4的溶液中加C2H5OH，溶液的顏色由紫色向紫紅色、褐色、棕色轉(zhuǎn)變。實驗結(jié)果表明，C2H5OH和I2的結(jié)合力強于CHCl3和I2，C2H5OH和I2發(fā)生明顯的配位作用，所以在滴加攪拌后，溫度上升較多;而C2H5OH和I2的結(jié)合力與CCl4和I2的結(jié)合力相差無幾，混合時放熱較少。

2 物質(zhì)混合放熱

2.1 實驗?zāi)康氖褂脺囟葌鞲衅鞲袦y體系溫度的瞬時和連續(xù)變化情況;探究結(jié)構(gòu)對物質(zhì)混合時吸放熱量的影響。

2.2 實驗儀器與藥品儀器:溫度傳感器、磁子攪拌器、100 mL燒杯、 10 mL量筒、50 mL量筒。藥品:蒸餾水、CHCl3、(CH3)2CO、C2H5OH。

2.3 實驗過程實驗1:將CHCl3(0.5 mol)和(CH3)2CO(0.5 mol)混合，用磁子攪拌器充分?jǐn)嚢瑁⒂脺囟葌鞲衅鳒y其中溫度的變化(圖3)。實驗2:將C2H5OH(0.5 mol)和H2O(0.5 mol)混合，用磁子攪拌器充分?jǐn)嚢瑁⒂脺囟葌鞲衅鳒y其中溫度的變化(圖4)。

2.4 實驗數(shù)據(jù)見表3

2.5 實驗小結(jié)實驗表明，分別混合CHCl3和(CH3)2CO、C2H5OH和H2O，充分?jǐn)嚢瑁_(dá)到最高溫度時，分別需要10 s和4 s，而前者升溫12 ℃～14 ℃，后者升溫4 ℃～5 ℃。

常溫下這幾種溶劑的熱容差值不大，且2種混合液又都是1 mol，而今在2種情況下升溫幅度明顯不同，這是混合放熱不同所引起的，顯然CHCl3和(CH3)2CO混合時放熱更多。

已知C2H5OH和H2O能以任何比例互相混合的現(xiàn)象是和它們相互間形成氫鍵有關(guān)，而今形成氫鍵的放熱量卻不如CHCl3和(CH3)2CO混合時放熱多。為了說明CHCl3和(CH3)2CO互相溶解時放熱量大，不能用比氫鍵弱的分子間作用力來解釋，所以只能用氫鍵來討論。似乎結(jié)構(gòu)中沒有生成氫鍵的前提，但不用氫鍵又不能解釋上述事實。其實在CHCl3分子中，3個Cl原子和C原子相連，Cl原子是拉電子基團(tuán)，會使和3個Cl相連的C原子正性增強;在(CH3)2CO分子中，CH3推電子基團(tuán)，因此和2個CH3相連的C原子的負(fù)性增強，從而使與之相連的O原子變得更負(fù)，這樣就有可能發(fā)生下列氫鍵的結(jié)合:Cl3CH……OC(CH3)2。

3 小結(jié)

最后，尚需說明一個問題:在以上2個實驗中都有氫鍵形成，為什么CHCl3和(CH3)2CO間形成氫鍵放熱量量更大呢?從結(jié)構(gòu)上來看，C2H5OH和H2O間形成的氫鍵肯定強于CHCl3和(CH3)2CO間的鍵，其所以放熱量少，是因為C2H5OH和H2O混合放熱量是“C2H5OH和H2O間形成氫鍵放熱量和拆散H2O分子間、C2H5OH分子間的氫鍵吸熱量的代數(shù)和”;而CHCl3和(CH3)2CO間形成氫鍵放熱量是它和拆散CHCl3分子間、(CH3)2CO分子間作用力的代數(shù)和。■

(作者單位:南京曉莊學(xué)院生物化工與環(huán)境工程學(xué)院)