測量鋅和稀硫酸反應速率實驗的改進

李嚴

1.原實驗中的不足

現行人教版化學選修四第二章第一節通過實驗2-1測量了化學反應速率，實驗裝置如圖1所示。

圖1

具體做法為：按圖1所示安裝2套裝置，在錐形瓶內各盛2 g鋅粒（顆粒大小基本相同），通過分液漏斗分別加入40 mL 1 mol/L和40 mL 4 mol/L的硫酸。比較二者收集10 mL H2所用的時間，以此來測量同質量的鋅與不同物質的量濃度的硫酸反應的速率。

該實驗現象較為明顯，但是實驗還存在著下述明顯的不足之處：（1）鋅和硫酸反應是放熱反應，隨著反應進行化學反應速率會明顯加快，并且收集到的氣體溫度也在不斷變化之中，難以精確計算化學反應速率。（2）本實驗比較濃度對反應速率的影響，但是學生無法從視覺上直觀感知實驗所用硫酸濃度的差異。（3）儀器較多，不便攜帶，操作較為繁瑣。（4）實驗實際收集到的是氫氣和空氣的混合氣，可能受到一些偶發因素引起爆炸，不安全。鑒于上述原因， 進行了如下實驗改進。

2.改進方法

（1）實驗用品

注射器（2支，20 mL），橡膠塞，量筒，秒表，藥匙，燒杯。

鋅粒，品紅，4 mol/L硫酸，冰水混合物。

（2）實驗步驟和結果

①在4 mol/L硫酸溶液中加入少量品紅粉末，使其顯紅色，量取25 mL 4 mol/L硫酸，稀釋至100 mL得1 mol/L硫酸，顯淺紅色。

②取2支注射器（不含針頭），拔出推桿，向其中各放人4個鋅粒（顆粒大小基本相同，約2 g），插入推桿至不能推動為止。

③把硫酸放入冰水混合物中冷卻后，用2支注射器同時吸取1 mol/L和4 mol/L硫酸（學生協作），擠出針筒內的空氣和部分硫酸，使針筒內硫酸體積為10 mL，將注射器尖嘴插入橡膠塞（橡膠塞預先打有小孔）后把注射器放在燒杯的冰水混合物里，并開始計時。

④當H2體積達到10 mL時，拔去橡膠塞，擠出注射器內硫酸。比較二者收集10 mL H2所用的時間，以此來測量同質量的鋅與不同物質的量濃度的硫酸反應的速率。現象是裝有紅色液體的注射器推桿移動明顯快于裝有淺紅色液體的注射器推桿。實驗結果見表1。

表1

加入試劑反應時間/min反應速率/

mol·L-1·min-1

1 mol/L H2SO4100.0045

4 mol/L H2SO42.50.018

3.改進后優點

（1）改進裝置利用注射器將氫氣發生裝置與收集裝置合二為一；利用燒杯將課本上2套測量化學反應速率裝置合二為一，儀器和硫酸用量都大為減少，操作簡易、便于攜帶。

（2）通過品紅來指示硫酸濃度大小非常直觀，注射器并排放置于同一燒杯中能產生強烈的對比效果。

（3）反應放在冰水混合物中進行，排除了溫度變化對

反應速率的影響，更加科學合理；收集到的氣體溫度恒定為0℃，用于計算化學反應速率更加方便準確。

（4）課本上注射器內收集的是氫氣和空氣的混合氣，而本實驗注射器內收集的是純氫氣，安全可靠，在一個班級演示后再到另外一個班級演示時，只需注射器重新吸入硫酸即可，十分便捷。

（收稿日期：2015-01-26）