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第5章 关于反应平衡理论的实验操作和改进(2)

取一块长约35cm,宽约25cm的胶合板,将两支大试管(20×200,mm)用薄铁片箍紧固定在面板上。再取三支小试管(15×150,mm),用排空气法收集满NO2气体后,用酒精喷灯封口,放置一段时间,试管内发生反应2NO2N2O4+热,就得到常温下NO2和N2O4达到平衡的混合气体。将其中一支试管固定在两支大试管中间位置以作对比用,另两支插在面板右边的套架上。

演示时,先比较三支试管中混和气体的颜色,可见颜色深浅相同。然后分别在两支大试管中倒入热水和冰水(或冷水),将右边的两支小试管分别放入盛有热水和冰水的大试管中,观察这两支小试管中混和气体颜色的变化,同时与中间小试管加以比较。通过对比可清楚地看到混和气体受热颜色变深;混和气体被冷却颜色变浅。

改进后的装置,通过对比实验,增强了实验效果,操作方便。小试管内的混和气体可以永久保存,反复使用。

说明:①三支小试管内收集的NO2的量应大约一致。②若没有冰水可用NH4NO3溶于水得到冷的溶液。③制取NO2可用Cu与浓硝酸反应。④为了增强可见度可在面板上涂上白漆。

浓度和温度对反应速度影响演示实验的改进

影响反应速度的因素有浓度、温度、压强、催化剂等。在高中化学和中专化学教学中,讨论浓度对反应速度影响时,通常用硫代硫酸钠跟稀硫酸的作用作为演示实验来说明浓度对反应速度的影响。反应的快慢是借反应生成硫(不溶于水,使溶液浑浊)所需时间的长短来量度。这个演示实验在大教室里,学生不易看清楚。浙江省建筑工业学校薛绵绵老师介绍用碘酸钾和亚硫酸钠反应生成碘,用淀粉作指示剂使溶液变蓝做演示实验,现象明显,即使在大教室里,学生能清晰地观察到反应现象。

实验仪器和试剂(1)仪器:

100毫升烧杯5只250毫升烧杯5只100毫升量筒1只计时器冰水浴温度计(一10~100~C)(2)试剂:

0.01tool/1碘酸钾溶液500毫升,0.02tool/1亚硫酸钠溶液500毫升(当天配制当天用)配制淀粉溶液500毫升(配制方法:称5克可溶性淀粉,悬浮在25毫升冷水中,并将此悬浮液加到250毫升沸水中,使继续沸腾5分钟,冷却,边搅拌边慢慢地加入13毫升浓硫酸,加水至最终体积为500毫升)。

实验操作和现象(1)浓度对反应速度的影响在讲台上并排放置两只250毫升的烧杯,一只装有溶液A,另一只装有溶液B,并在其后面放一块白纸板,以增进演示效果。

溶液A溶液B水115毫升100毫升淀粉溶液30毫升30毫升碘酸钾溶液15毫升300毫升在两只小烧杯中各加入30毫升0.02tool/1的亚硫酸钠溶液,将小烧杯中的溶液迅速加入250毫升的烧杯中(A和B溶液),同时按下秒表,测量由混合至出现蓝色的时间。室温下先测得A溶液24秒钟变蓝,后测得B溶液12秒钟变蓝。可以看出在温度不变条件下,变色所需的时间是由碘酸钾的浓度所决定的,当碘酸钾的浓度加倍时,反应所需的时间缩短一半。由此说明反应物浓度增大,反应速度就加快。

(2)温度对反应速度的影响准备三份相同的溶液A,变色的时间随温度的变化有明显的差别。一份维持室温;一份接近O~C(冰水浴);另一份加热到50℃左右。当将亚硫酸溶液加到这三只烧杯中时,我们将看到加热到50%左右的烧杯首先改变颜色,0℃左右的烧杯变色最慢。经过以上不同温度下变色的时间,可以说明化学反应速度随着温度的升高而增大。

问题讨论

①由反应式:3IO3-+9HSO3-=9SO42-一+3I-一+9H+可知,当亚硫酸根(在酸性溶液中为亚硫酸氢根)的量达到或超过碘酸根量的三倍时,溶液中即不可能存在游离的碘。所以看不到蓝色。

②亚硫酸盐不稳定,长期储存易被氧化成硫酸盐,尤其是在溶液中,被氧化得更快。而亚硫酸根量的不足又会造成反应缓慢,在演示中要等很长时间或根本看不到颜色的变化。所以,演示实验所用的亚硫酸钠溶液必须新鲜配制。并且在配制溶液时,应根据各校准备室中储存情况,酌情称取比理论值多一些的量,以防止部分失败。

③演示实验溶液变蓝的时间以10秒至60秒为佳。若第一次实验超过60秒,学生会不耐烦,课堂纪律受影响。若反应过快,在很短时间内变色,学生来不及反应,计时也不准确。所以过快或过慢都会降低演示效果。因此,碘酸钾与亚硫酸钠溶液浓度的事先调整就显得十分重要了。

④此外,还须注意的是本反应必须在酸性环境下进行。

压强、温度对气体溶解度的影响

现行初中统编教材在气体溶解度随温度、压强变化而变化这一部分内容中,用加热使水中气体逸出来说明温度升高气体溶解度减小这一事实,由于同学较小,加之距离远的同学看不见,所以我选用下述方法,既明显,又好奇,能引起同学兴趣,又能加深记忆。

温度对气体溶解度影响实验

取50m1支试管,向其中加入20一30rnl浓氨水,用胶塞塞好,给支管上套一气球扎好后,把支试管放入热水中。随温度升高可看到有大量气泡从水中逸出,气球被吹大(20m~氨水可把气球吹的碗大),说明随温度升高气体在中溶解度减小。(如用两个一个装水进行对比实验则效果更佳。通过对比还可说明不同气体在水中溶解度大小不同)然后把支试管放入冷水中冷却并振荡,则由于氨气重新溶水而气球变到原来形状。

压强对气体溶解度影响实验

取50ml支试管,向其中加入20-30ml浓氨水,用胶塞塞好。再用胶管把支试管和抽、打气两用气筒的吸气El连起来,给打气El上套一气球并扎好。拉推两用气筒则可发现支试管中水内有气体逸出(如无气逸出时,可把支试管放入热水中微热)气球被抽出来的氨气吹大,说明随压强减小气体溶解度减小。

上述两个实验作起来很简单,但现象十分明显,且能引起同学兴趣。

浓度、温度、催化剂对化学反应速度影响的实验设计

目的:以期用最少种类、数量的药品,在同一套实验装置里演示浓度、温度、催化剂对化学反应速度的影响。

反应的选择:选择以下反应:

2H2O2MnO22H2O+O2↑此反应的优点是,现象明显,易于控制,可反复进行多次。

南京市十三中陈小毅老师设计的做法是:

实验装置

实验操作

(1)于具支试管a中先加入3ml20%H2O2,塞上橡皮塞b,常温下几乎很难觉察到气体逸出(通过水槽,观察导管d,极少气泡逸出)。

(2)取下橡皮塞b,迅速加入少量(约半角匙)MnO2,随即塞上b,可观察大量气泡从导管d急速逸出。

(3)约半分钟后,待上述反应不再进行,取下橡皮塞b,改用插用滴管(管内先吸取10%H2O2)的单孔橡皮塞d塞上,借助于滴管的乳头挤)10%H2O2,可观察到气体重新逸出,但逸出速度明显变慢。

(4)加热具支试管a,可见气体逸出速度加快。

从以上实验可知:

(1)MnO2的性质在上述反应前后不改变,证明MnO2是此反应的催化剂,催化剂可极大地改变化学反应速度。

(2)对比20%H2O2与10%H2O2在MnO2催化下的反应可知:增加反应物浓度可增大化学反应速度;减小反应物浓度可降低化学反应速度。

微型装置①青霉素针药剂瓶②自制小滴管③废圆珠笔芯④废塑料瓶盖(3)升高温度可增大吸热化学反应速度。

上述实验还可采用微型装置。

微型装置可用边讲边实验或学生课外实验。

正负催化剂的演示实验

在中学化学教学中,找一个正效应催化剂的例子是十分方便的,例如二氧化锰催化氯酸钾分解、五氧化二钒催化三氧化硫生成等,如果找一个负催化剂反应都不很便当了,找一个正负催化剂同时存在一个反应之中的就更困难了。华乐师范大学化学系王一川、李之若老师参考有关文献,设计一个中学教学中可演示的正负催化剂效应的实验。

实验原理

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