浓度对化学反应速率影响的定量实验设计，本文主要内容关键词为：化学反应论文,定量论文,速率论文,浓度论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、课题提出的背景
人教版化学教科书（必修加选修）第二册第二章《化学平衡》是中学化学的重要理论之一。全章分为三部分，其中第一部分是化学反应速率的知识，包括化学反应速率的概念，影响化学反应速率的外界条件。在浓度、压强、温度、催化剂等影响化学反应速率的条件中，浓度对化学反应速率的影响是这节内容的重点和难点。教材是通过用大理石与不同浓度的稀盐酸反应来说明浓度对化学反应速率的影响，应该说实验现象明显，学生也能接受。但是笔者认为这个实验只是从定性的角度说明了浓度对化学反应速率的影响，为了培养学生的实验技能，可不可以从定量的角度来论证浓度对化学反应速率的影响呢？笔者认为这样的扩展既是可行的，又是非常必要的。因为在学习这个内容之前，学生已经学习了化学反应速率的概念及其表达方法，完全有能力从定量的角度来学习；另一方面，近几年的高考中出现了把教材中的定性实验改成定量实验加以考查的趋势，作为教师有必要对教材中的演示实验加以深化和拓展。
二、课题及过程
由于很难找到两块质量和表面积几乎都相等的大理石，所以笔者改用镁条与盐酸反应。
1.课题
根据提供的实验用品，先让学生设计一个实验，通过定量分析来比较镁条与不同浓度盐酸反应的速率快慢。
实验用品：镁条、1mol/L盐酸、0.5mol/L盐酸、砂纸、镊子、100mL锥形瓶（2只）、单孔橡皮塞（带导管、橡皮管）、铁架台（带铁夹）、50mL量筒、50mL注射器、秒表。
2.学生的设计思路
经过思考，学生的思路基本上都是：测出单位时间内生成的
体积或收集一定体积的所需的时间。一开始学生设计的实验装置出现了多种方案。（如图1、图2），主要原理都采用了排水法测气体的体积。但图1、图2的装置经过学生的讨论后都很快被否定了，因为实验用品中没有提供漏斗、烧杯、双孔橡皮塞。
许多学生陷入沉思，笔者不失时机地进行了质疑：镁和盐酸应该在什么容器中反应？还可以用什么仪器来测量的体积？此时学生们豁然开朗，提出用注射器测的体积，用如图3所示的装置图来完成本课题。
图3
3.学生设计的实验步骤
(1)组装好实验装置，检查装置的气密性；
(2)用量筒量取1mol/L的盐酸30mL倒入锥形瓶中；
(3)把用砂纸打磨过的镁带(4cm)投入锥形瓶中，立刻塞紧橡皮塞；
(4)每隔10秒读出并记录收集到的氢气体积，至40秒；
(5)再量取0.5mol/L的盐酸30mL倒入另一锥形瓶中，重复上面的实验。
4.实验过程及数据记录
实验时，每三位学生为一组，合作完成本实验，其中一位学生读秒表，一位学生读的体积，另一位学生及时记录数据。以其中一组的实验结果为例，数据如下：
5.数据处理及结论
从表中的数据可以清晰地看出，单位时间内浓度大的盐酸与镁反应放出多，反应速率快。由于化学反应速率常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示，所以笔者请学生计算前30秒内盐酸的平均化学反应速率（假设的体积是在标准状况下测定的，反应前后溶液的体积未发生变化）。
1mol/LHCl的化学反应速率：
从计算的结果得出反应物浓度越大，化学反应速率越快，从而从定量的角度论证了浓度对化学反应速率的影响。
6.问题及讨论
笔者提出的问题：这个实验的误差较大，主要原因可能有哪些？
学生的意见：①记时与读气体的体积可能未同步；②投入镁条与塞橡皮塞未同步，可能有氢气外逸；③两次实验，产生的氢气温度不同；④镁条表面的氧化膜磨去程度不同。
甚至还有学生提出了一些实验改进的建议，如：先把镁条放入锥形瓶，塞上橡皮塞，然后用注射器向锥形瓶内注入盐酸。或者用一根铜丝穿过橡皮塞固定镁条，塞上橡皮塞后，把铜丝往下压，使镁条与盐酸接触，都可以有效防止氢气外逸。
三、教学反思
上述实验由教师给出课题和仪器、药品的大致范围，由学生通过分析——讨论——设计——实验的程序，自己从定量的角度比较不同浓度的反应物对同一反应的速率影响。在活动一开始，设计实验装置，学生的思维就打开了，设计出了几套不同装置，虽然由于实验仪器未提供而放弃，但这并不能否定学生活跃的思维状态。实验步骤的设计、实验过程的操作、数据的处理，有利于培养学生良好的实验素养以及合作精神，特别是学生对本实验提出的一些意见和对实验改进的建议，许多都出乎老师的意料。通过这种探究性实验，培养了学生的实验设计能力，引导他们掌握科学研究的方法，对发展学生的思维能力和创新能力具有积极的意义。同时，通过这种活动，增强了学生之间的合作学习意识，充分体现了学生在课堂中的主体地位。通过本实验还能对前面学习过的化学反应速率概念、化学反应速率表达方法的掌握起到很好的促进作用。