| 标题 | 浅谈化学反应速率实验的优化 |
| 范文 | 雷艳虹 张艺 摘要：文章针对化学反应速率实验过程中易失败的原因如试剂纯度低、操作不规范及温度过高等进行了研究分析，提出了相应解决方案，包括选择高纯度的（NH4）2S2O8、控制实验温度、培养学生C3H3素养等。 关键词：反应速率；浓度；温度；C3H3 文章编号：1008-0546（2014）04-0089-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B 化学反应速率在中学是作为重点知识进行学习，目前普遍采用“过二硫酸铵与碘化钾反应”来测定反应速率、反应级数以及反应的活化能。（NH4）2S2O8与KI反应的离子方程式[1]： S2O82- + 3I-[=] 2SO42- + I3- （1） 2S2O32- + I3-[=]S4O62- + 3I- （2） （2）的速率比反应（1）快得多。当S2O32-耗尽时，由（1）生成的I2立即与淀粉作用，使溶液呈蓝色。由于Δt内Na2S2O3完全耗尽，所以Δ[S2O32-]就是Na2S2O3的起始浓度。由式（1）、（2）可得出： V1=Δ[S2O82-]/Δt =K[S2O82-]m[I-]n V2=Δ[S2O82-]/Δt=Δ[S2O32-]/2Δt 由不同浓度测得反应的时间Δt，即能计算出该反应的级数m和n。由同一浓度不同温度下的K，作lgK 和1/T的关系图，求出斜率，然后按阿仑尼乌斯公式求出反应的活化能。 这个实验的原理比较清晰，可是学生在实验过程中很容易失败，如反应瞬间结束或反应时间过长，反应时间与浓度不成正比。笔者从以下几个方面讨论实验失败的原因及改进措施： 一、反应物纯度的影响 在实验过程中，常会瞬间反应导致实验失败。主要是由于（NH4）2S2O8药品储存时间过长，或生产厂家在生产过程中未彻底干燥，就会发生反应[2]： （NH4）2S2O8 + H2O [=]（NH4）2SO4 + H2SO5 该反应会生成少量H2SO5。H2SO5和（NH4）2S2O8虽然都是强氧化剂，但它们的氧化基理不同，在过一硫酸内的过氧化氢分子的一端是空着的，可以迅速地氧化碘离子成碘，反应为快反应。反应混合液中的Na2S2O3溶液在瞬间被消耗完，测得的反应时间近似为零。因此，注意不能使用过期药品配制溶液，配制时应采用蒸馏水或去离子水，不能使用自来水配制，因为自来水中的金属离子会催化该反应，使反应速率加快，并且水中的氯会直接把碘离子氧化成碘单质。 二、浓度的影响因素 学生在进行浓度的影响因素的分析中，常会出现反应速率与浓度不成正比，主要是由于仪器数目过多及学生操作不当引起的。该反应所需要的仪器多，每组实验需要量筒、烧杯等共20余件[3]，均摆放在实验台面上，学生在使用时很容易出错，仪器损坏率高，再者学生在进行实验时，操作不够规范，没有准确移取溶液。针对仪器过多易损坏这一现象，笔者减少仪器的使用数量即量筒2个即一个专取用氧化剂（NH4）2S2O8，另一个取用还原剂及相关溶液如：KI、Na2S2O3、（NH4）2SO4、KNO3；烧杯1个，并进行3次平行实验（见表1），结果表明，减少仪器的使用量后进行实验，重现性好，并且对反应的速率影响不大。针对学生操作不当引起的错误，应注重强调化学家卢嘉锡提出的C3H3（Clear Head 、Clever Hands 、Clean Habit）素养，即清醒的头脑：能明辨是非，独立思考，有创新精神；灵巧的双手：动手能力强；整洁的习惯：做事有计划，有条有理。 三、温度的影响 反应速率实验安排在第一学期十月份左右，室温约为二十度，测定反应活化能时，若按照教材规定选择三个温度分别为室温，室温加10℃，室温加20℃，则会在高温条件下瞬间反应。按表1中5号取用量进行温度影响因素的测定（见表2），结果表明，该实验温度对反应时间影响大。因为该反应的理论活化能为51.4kJ/mol，温度对该反应的反应速率的变化量影响较大，选择合适的温度范围如4℃-37℃。 在开设该实验时，首先，应注重学生C3H3精神的培养，即在进行实验的过程中保持清醒的头脑、灵巧的双手、洁净的习惯，其次，试剂的选用应注意不能使用开封过久的试剂，以免试剂变质，不能使用自来水，以免金属离子催化反应，氯直接与碘离子反应，造成实验失败；最后，在进行温度的影响反应时，应注意控制温度的范围，以免反应速率过快，造成实验失败。 参考文献 [1] 华东理工大学无机化学教研组编. 无机化学实验（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，2007.12：60-63 [2] 李树新. 化学反应速率测定中（NH4）2S2O8试剂的改进[J]. 北京石油化工学院学报，1997，5（2）：47-50 [3] 李景红，孔茜，赵福岐. 化学反应速率和活化能测定实验的绿色化探索[J]. 聊城大学学报（自然科学版），2005，18（4）：102-104 摘要：文章针对化学反应速率实验过程中易失败的原因如试剂纯度低、操作不规范及温度过高等进行了研究分析，提出了相应解决方案，包括选择高纯度的（NH4）2S2O8、控制实验温度、培养学生C3H3素养等。 关键词：反应速率；浓度；温度；C3H3 文章编号：1008-0546（2014）04-0089-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B 化学反应速率在中学是作为重点知识进行学习，目前普遍采用“过二硫酸铵与碘化钾反应”来测定反应速率、反应级数以及反应的活化能。（NH4）2S2O8与KI反应的离子方程式[1]： S2O82- + 3I-[=] 2SO42- + I3- （1） 2S2O32- + I3-[=]S4O62- + 3I- （2） （2）的速率比反应（1）快得多。当S2O32-耗尽时，由（1）生成的I2立即与淀粉作用，使溶液呈蓝色。由于Δt内Na2S2O3完全耗尽，所以Δ[S2O32-]就是Na2S2O3的起始浓度。由式（1）、（2）可得出： V1=Δ[S2O82-]/Δt =K[S2O82-]m[I-]n V2=Δ[S2O82-]/Δt=Δ[S2O32-]/2Δt 由不同浓度测得反应的时间Δt，即能计算出该反应的级数m和n。由同一浓度不同温度下的K，作lgK 和1/T的关系图，求出斜率，然后按阿仑尼乌斯公式求出反应的活化能。 这个实验的原理比较清晰，可是学生在实验过程中很容易失败，如反应瞬间结束或反应时间过长，反应时间与浓度不成正比。笔者从以下几个方面讨论实验失败的原因及改进措施： 一、反应物纯度的影响 在实验过程中，常会瞬间反应导致实验失败。主要是由于（NH4）2S2O8药品储存时间过长，或生产厂家在生产过程中未彻底干燥，就会发生反应[2]： （NH4）2S2O8 + H2O [=]（NH4）2SO4 + H2SO5 该反应会生成少量H2SO5。H2SO5和（NH4）2S2O8虽然都是强氧化剂，但它们的氧化基理不同，在过一硫酸内的过氧化氢分子的一端是空着的，可以迅速地氧化碘离子成碘，反应为快反应。反应混合液中的Na2S2O3溶液在瞬间被消耗完，测得的反应时间近似为零。因此，注意不能使用过期药品配制溶液，配制时应采用蒸馏水或去离子水，不能使用自来水配制，因为自来水中的金属离子会催化该反应，使反应速率加快，并且水中的氯会直接把碘离子氧化成碘单质。 二、浓度的影响因素 学生在进行浓度的影响因素的分析中，常会出现反应速率与浓度不成正比，主要是由于仪器数目过多及学生操作不当引起的。该反应所需要的仪器多，每组实验需要量筒、烧杯等共20余件[3]，均摆放在实验台面上，学生在使用时很容易出错，仪器损坏率高，再者学生在进行实验时，操作不够规范，没有准确移取溶液。针对仪器过多易损坏这一现象，笔者减少仪器的使用数量即量筒2个即一个专取用氧化剂（NH4）2S2O8，另一个取用还原剂及相关溶液如：KI、Na2S2O3、（NH4）2SO4、KNO3；烧杯1个，并进行3次平行实验（见表1），结果表明，减少仪器的使用量后进行实验，重现性好，并且对反应的速率影响不大。针对学生操作不当引起的错误，应注重强调化学家卢嘉锡提出的C3H3（Clear Head 、Clever Hands 、Clean Habit）素养，即清醒的头脑：能明辨是非，独立思考，有创新精神；灵巧的双手：动手能力强；整洁的习惯：做事有计划，有条有理。 三、温度的影响 反应速率实验安排在第一学期十月份左右，室温约为二十度，测定反应活化能时，若按照教材规定选择三个温度分别为室温，室温加10℃，室温加20℃，则会在高温条件下瞬间反应。按表1中5号取用量进行温度影响因素的测定（见表2），结果表明，该实验温度对反应时间影响大。因为该反应的理论活化能为51.4kJ/mol，温度对该反应的反应速率的变化量影响较大，选择合适的温度范围如4℃-37℃。 在开设该实验时，首先，应注重学生C3H3精神的培养，即在进行实验的过程中保持清醒的头脑、灵巧的双手、洁净的习惯，其次，试剂的选用应注意不能使用开封过久的试剂，以免试剂变质，不能使用自来水，以免金属离子催化反应，氯直接与碘离子反应，造成实验失败；最后，在进行温度的影响反应时，应注意控制温度的范围，以免反应速率过快，造成实验失败。 参考文献 [1] 华东理工大学无机化学教研组编. 无机化学实验（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，2007.12：60-63 [2] 李树新. 化学反应速率测定中（NH4）2S2O8试剂的改进[J]. 北京石油化工学院学报，1997，5（2）：47-50 [3] 李景红，孔茜，赵福岐. 化学反应速率和活化能测定实验的绿色化探索[J]. 聊城大学学报（自然科学版），2005，18（4）：102-104 摘要：文章针对化学反应速率实验过程中易失败的原因如试剂纯度低、操作不规范及温度过高等进行了研究分析，提出了相应解决方案，包括选择高纯度的（NH4）2S2O8、控制实验温度、培养学生C3H3素养等。 关键词：反应速率；浓度；温度；C3H3 文章编号：1008-0546（2014）04-0089-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B 化学反应速率在中学是作为重点知识进行学习，目前普遍采用“过二硫酸铵与碘化钾反应”来测定反应速率、反应级数以及反应的活化能。（NH4）2S2O8与KI反应的离子方程式[1]： S2O82- + 3I-[=] 2SO42- + I3- （1） 2S2O32- + I3-[=]S4O62- + 3I- （2） （2）的速率比反应（1）快得多。当S2O32-耗尽时，由（1）生成的I2立即与淀粉作用，使溶液呈蓝色。由于Δt内Na2S2O3完全耗尽，所以Δ[S2O32-]就是Na2S2O3的起始浓度。由式（1）、（2）可得出： V1=Δ[S2O82-]/Δt =K[S2O82-]m[I-]n V2=Δ[S2O82-]/Δt=Δ[S2O32-]/2Δt 由不同浓度测得反应的时间Δt，即能计算出该反应的级数m和n。由同一浓度不同温度下的K，作lgK 和1/T的关系图，求出斜率，然后按阿仑尼乌斯公式求出反应的活化能。 这个实验的原理比较清晰，可是学生在实验过程中很容易失败，如反应瞬间结束或反应时间过长，反应时间与浓度不成正比。笔者从以下几个方面讨论实验失败的原因及改进措施： 一、反应物纯度的影响 在实验过程中，常会瞬间反应导致实验失败。主要是由于（NH4）2S2O8药品储存时间过长，或生产厂家在生产过程中未彻底干燥，就会发生反应[2]： （NH4）2S2O8 + H2O [=]（NH4）2SO4 + H2SO5 该反应会生成少量H2SO5。H2SO5和（NH4）2S2O8虽然都是强氧化剂，但它们的氧化基理不同，在过一硫酸内的过氧化氢分子的一端是空着的，可以迅速地氧化碘离子成碘，反应为快反应。反应混合液中的Na2S2O3溶液在瞬间被消耗完，测得的反应时间近似为零。因此，注意不能使用过期药品配制溶液，配制时应采用蒸馏水或去离子水，不能使用自来水配制，因为自来水中的金属离子会催化该反应，使反应速率加快，并且水中的氯会直接把碘离子氧化成碘单质。 二、浓度的影响因素 学生在进行浓度的影响因素的分析中，常会出现反应速率与浓度不成正比，主要是由于仪器数目过多及学生操作不当引起的。该反应所需要的仪器多，每组实验需要量筒、烧杯等共20余件[3]，均摆放在实验台面上，学生在使用时很容易出错，仪器损坏率高，再者学生在进行实验时，操作不够规范，没有准确移取溶液。针对仪器过多易损坏这一现象，笔者减少仪器的使用数量即量筒2个即一个专取用氧化剂（NH4）2S2O8，另一个取用还原剂及相关溶液如：KI、Na2S2O3、（NH4）2SO4、KNO3；烧杯1个，并进行3次平行实验（见表1），结果表明，减少仪器的使用量后进行实验，重现性好，并且对反应的速率影响不大。针对学生操作不当引起的错误，应注重强调化学家卢嘉锡提出的C3H3（Clear Head 、Clever Hands 、Clean Habit）素养，即清醒的头脑：能明辨是非，独立思考，有创新精神；灵巧的双手：动手能力强；整洁的习惯：做事有计划，有条有理。 三、温度的影响 反应速率实验安排在第一学期十月份左右，室温约为二十度，测定反应活化能时，若按照教材规定选择三个温度分别为室温，室温加10℃，室温加20℃，则会在高温条件下瞬间反应。按表1中5号取用量进行温度影响因素的测定（见表2），结果表明，该实验温度对反应时间影响大。因为该反应的理论活化能为51.4kJ/mol，温度对该反应的反应速率的变化量影响较大，选择合适的温度范围如4℃-37℃。 在开设该实验时，首先，应注重学生C3H3精神的培养，即在进行实验的过程中保持清醒的头脑、灵巧的双手、洁净的习惯，其次，试剂的选用应注意不能使用开封过久的试剂，以免试剂变质，不能使用自来水，以免金属离子催化反应，氯直接与碘离子反应，造成实验失败；最后，在进行温度的影响反应时，应注意控制温度的范围，以免反应速率过快，造成实验失败。 参考文献 [1] 华东理工大学无机化学教研组编. 无机化学实验（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，2007.12：60-63 [2] 李树新. 化学反应速率测定中（NH4）2S2O8试剂的改进[J]. 北京石油化工学院学报，1997，5（2）：47-50 [3] 李景红，孔茜，赵福岐. 化学反应速率和活化能测定实验的绿色化探索[J]. 聊城大学学报（自然科学版），2005，18（4）：102-104 |
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