酸碱浓度对中和热测定数值影响的实验探究，本文主要内容关键词为：酸碱论文,浓度论文,数值论文，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、探究背景
高三化学书上关于中和热测定的实验曾经是被删除掉的内容，而被恢复后实验所用的盐酸和烧碱溶液的浓度分别由1.0mol/L和1.1mol/L改成了 0.5mol/L和0.55mol/L。根据学生们做过此实验后抽样统计的数据表明，多数实验结果与理论值相差较远。而英国A-Level课程的中和热测定实验选取的酸碱浓度却高达2mol/L。据此我们提出了疑问：现行教材用酸浓度为0.50mol/L和碱浓度为 0.55mol/L做实验的原因是什么？为什么不使用其他浓度的溶液？是否浓度提高更有利于提高数据的准确性？于是我们就借选修课的机会做实验，对比一下究竟哪组浓度的溶液得出的数据与理论值较接近。
二、探究过程
为了对教学有参考价值，同时又有一定的可比性，我们使用了学生实验的装置，没有使用更精确的实验装置。我们分别用各种强酸、强碱、弱酸、弱碱的不同浓度来进行分类讨论，以发现各种物质的最适浓度值并总结出其中浓度与放热所得值的变化规律。通过以不同强弱和浓度的酸（碱）为标准，与其他各种不同浓度的碱（酸）起中和反应，测量出各个温度变化量。在比较各组数据后我们得出了不同酸碱反应中最接近理论值的最佳组合，平行3次，保证数据的准确性。我们的初步结论认为，强酸强碱比弱酸弱碱效果好。初步推荐浓度见表1。
表1 推荐浓度
三、误差分析及规律性总结
我们发现溶液温度的变化会引起：①溶液密度的变化（水在4℃时密度最大），取等体积则会引起溶液质量的变化；②水的电离平衡（温度高，电离程度大），即中和反应彻底程度的变化；③散热情况的变化（外界温度低，起始温度也低，但外界温度值不同，散热情况仍有微弱差别，但这一点，即使在精确测定中也被忽略）。
在不涉及物质状态变化的情况下，就中学实验采用的仪器（用量筒量体积、使用普通温度计、量热装置简陋）来看，对以上几点影响因素的讨论是无意义的。
在热交换无法避免时，为校正外界温度对实验结果的影响，精确量热的做法是：让外界温度（室温）处于反应起始温度与结束温度的中点。
在测定了不同浓度酸碱物质在稀释时的放热后，我们对数据进行了校正，见表2所示。
表2 推荐浓度
四、结论
根据本实验的数据结果，可得下述结论：
(1)在碱浓度固定的条件下，酸的浓度上升，测量数据变大，并明显偏离理论值。同样，当酸浓度固定时，提高碱的浓度，测量数据也逐渐变大。这一规律适用于任何酸碱，与其酸碱性的强弱无关。
(2)取校正过的数据中最接近理论值的部分，可发现测定值比较接近理论值的溶液为：碱取1moL/L NaOH，酸可以取0.5mol/L、1mol/L、2mol/L，对硫酸、盐酸、硝酸均适用。但对于弱酸弱碱来说，校正后的数据明显小于理论值。
(3)考虑到实际实验时，学生们不可能做校正实验，而是直接测量，并且较浓溶液的稀释热也可以用来抵消反应中由于容器的吸收所损失的热量，所以从实际操作角度还是应该取校正前数据。
(4)适当浓度的试剂可以保证实验的准确性。一方面比较浓的溶液在反应时同时稀释，而稀释会放热，正好可以抵消一部分的反应仪器的系统吸热。但过浓的溶液因为稀释热过高，误差太大。而太稀的溶液，因系统吸热，数据明显偏小。
综上所述，酸碱浓度比例合理的范围一般都在 0.5moL/L～1.5moL/L之间。强酸强碱的效果好，弱酸弱碱的效果差。故由我们初步探究所得出的最佳配比为表3数值。
表3 酸碱最佳配比
由以上浓度的酸和碱反应所得的中和热数值基本稳定在56.80kJ/mol～57.68kJ/mol之间，最为接近理论值。而硫酸是二元酸，所以最佳的试剂配比为：HCl 1.0mol/L、NaOH 1.1mot/L。所以，我们认为，教材修改前的酸碱浓度更为合适些。
为了解释英国教材中使用高浓度溶液的问题，我们对英国教材的其他实验做了一些初步分析，发现英国教材十分注重实验的定量化，重结论更重过程，对数据的精确性要求反而不高。所以我们认为，英国教材使用高浓度溶液是为了便于观察温度的变化。而我们现在使用的教材，温差小，不利于学生观察读数。因此，我们在注重实验微型化和环保化的同时，更要注重实验的可操作性和可观赏性。