浓度变化对化学反应速率的影响

课题7浓度变化对化学反应速率的影响（本课题可以在选修课上使用）实验原理：影响化学反应速率的内在因素是反应物本身的性质，而外因则相对较多，其中浓度是常见的影响因素之一。由大量的实验事实证明，在其他条件不变的情况下，增大反应物浓度，可以增大该反应的速率。本实验通过使用TI图形计算器和数据分析器以及与之配套的光强度传感器（以下简称光探头），利用反应产生的沉淀物对光通路中光强度的影响，捕获其中的一系列变化，使不同浓度条件下的反应速率用光强度的变化反映出来，从而使整个过程数字化。实验目的：1、通过实验，监测浓度变化对化学反应速率的影响情况，并探究其中的影响程度。2、通过实验，了解并培养多角度观察和研究事物的发散性思维能力。实验用品：0.1M、0.05MNa2S2O3溶液0.1M、0.05MH2SO4溶液250mL烧杯、试管、胶头滴管、手电筒TI—83Plus图形计算器CBL2数据分析器光强度传感器实验步骤：1、开机，运行“ChemBio”程序。2、对CBL2数据分析器进行设置：（1）用连接线连接TI—83Plus和CBL2；并将光探头的连接线插入CBL2的通道1（CH1）中；（2）在主菜单（MAINMENU）中选择“设置探头”（SETUPPROBES）(见图1)（3）键入1作为探头的数目，按ENTER键确认。（4）在探头选择菜单（SELECTPROBE）中选择光探头（LIGHT）(见图2)(图1)(图2)（5）键入1为通道号，按ENTER键确认。（6）回到主菜单（MAINMENU），选择“采集数据”（COLLECTDATA）（7）选择“TIMEGRAPH”的数据采集方式，按ENTER键确认。(见图3)（8）键入1即采样间隔时间为1秒，键入100确认样本数为100个。按ENTER键确认。(见图4)(图3)(图4)（9）采用“USETIMESETUP”的形式继续。(见图5)（10）（10）键入数据确定Y轴的取值范围（Ymin、Ymax）和数值间隔（Yscl）。按ENTER键确认。(见图6)(图5)(图6)3、在试管中加入2滴管0.1M的Na2S2O3溶液，置于暗室中，将光探头感光处对准光通路，注入等量0.1MH2SO4溶液，同时按下ENTER键开始记录。4、数据记录结束，窗口显示时间和光强度数据分别存储在L1和L2数列中，按下ENTER键可见记录图象。5、按下STAT键，所测数据列于数组中。6、换用0.05M的Na2S2O3溶液和0.05M的H2SO4溶液，重复上述操作。数据处理：对所得的各数组数据进行线性回归：1、回到主菜单“MAINMENU”2、选择“FITCURVE”，按ENTER键确认。(见图7)3、在窗口中选择“LINEARL1，L2”，然后选择“SCALEFROM0”，可得到相应的线性回归。(见图8)(图7)(图8)结果分析：1、反应过程中记录的光强度对应时间变化的曲线在线性拟合后，得到各自的变化斜率，其中两种溶液都取0.1M时，斜率为-14.17，都取0.05M时的斜率为-3.14。2、光强度的变化或者说本实验中的光强度随反应的进行而削弱快慢的实验事实，其实反映了在该过程进行中的沉淀量产生的快慢，由此可以较为数字化的表现出反应物浓度的改变对反应速率的影响情况。实验说明：1、由于本实验是通过光探头对反应进行的监测，所以实验必须在暗盒（如图9）或暗室中进行，以免光探头接受到环境中的其他光源而造成较大的实验误差。(图9)2、由于本实验中反应现象的出现还是比较快的，所以在测定时，间隔秒数以每秒记录一次为宜。3、两组实验中的数据要选择明确的记录位置，最好在进行下一组实验前，先将第一组数据复制到后面的数列中（如L5，L6），以免导致后测数据覆盖前测数据的不利结果。思考与拓展：1、在反应进行一段时间后，发现图形计算器窗口显示的光强度对应时间的变化曲线呈现回升的情况，如何解释？2、若要实验更为精确，对使用的光源有何更高的要求？3、能否用光探头监测NO2—N2O4的平衡体系移动情况？试设计实验并测定之。上海市位育高级中学张建波课题2日晒除氯过程中的温度因素分析（本课题可以在选修课上使用）课题概述：本课题是学生在研究日晒除氯原因的过程中产生的子课题。城市用水常用液氯消毒，水中的残留氯会对观赏鱼造成生命威胁。日晒除氯是城市养鱼的常用方法，那么由日晒造成水温升高而导致水中溶解氯的减少，是不是日晒除氯的主要因素呢？本课题通过使用TI—83Plus、CBL2数据分析器和温度传感器对日晒过程中的水温变化进行了全程监测，以期得出合理的判断。实验目的：1、掌握TI图形计算器进行课题研究的方法。2、学会通过实验对研究过程中的预测进行验证。实验用品：500ml烧杯（盛有自来水）TI—83PlusCBL2数据分析器温度传感器实验步骤：1、开机，运行“ChemBio”程序。2、对CBL2数据分析器进行设置：（1）用连接线连接TI—83Plus和CBL2；并将温度探头的连接线插入CBL2的通道1（CH1）中。（2）在主菜单（MAINMENU）中选择“设置探头”（SETUPPROBES）(见图1)（3）键入1作为探头的数目，按ENTER键确认。（4）在探头选择菜单（SELECTPROBE）中选择温度探头（Temperature）(见图2)(图1)(图2)（5）键入1为通道号，按ENTER键确认。（6）回到主菜单（MAINMENU），选择“采集数据”（COLLECTDATA）（7）选择“TIMEGRAPH”的数据采集方式，按ENTER键确认。(见图3)（8）键入30即采样间隔时间为30秒，键入720确认样本数为720个。按ENTER键确认。(见图4)(图3)(图4)（9）采用“USETIMESETUP”的形式继续。(见图5)（9）键入数据确定Y轴的取值范围（Ymin、Ymax）和数值间隔（Yscl）。按ENTER键确认。(见图6)(图5)(图6)3、将温度探头插入盛有自来水的烧杯中，同时按下ENTER键开始记录。4、数据记录结束，窗口显示时间和所记录的温度变化数据分别存储在L1和L2数列中，按下ENTER键可见记录图象。5、按下STAT键，所测数据列于数组中。数据处理：对所得的各数组数据进行线性回归：1、回到主菜单“MAINMENU”2、选择“FITCURVE”，按ENTER键确认。(见图7)3、在窗口中选择“LINEARL1，L2”，然后选择“SCALEFROM0”，可得到相应的线性回归。(见图8)(图7)(图8)结果分析：从监测记录的数据分析：日晒过程中，通过水温升高导致的水中溶解氯的减少量还不到总量的30%，可以得出结论，日晒造成的水温升高并非日晒除氯的主要因素。思考与拓展：1、如何分析其他因素对日晒除氯的影响？2、由于季节变化导致日晒温度的变化，可对各季节的日晒水温进行定时监测，发现规律。上海市位育高级中学张建波课题3醋酸浓度越大，氢离子浓度越大吗？（本课题可以在选修课上使用）一、课题起源和实验目的：在看化学参考书时，看到了一张关于醋酸溶液浓度与氢离子浓度之间关系的图像，发现它不是一条直线而是一条类似于抛物线的曲线。根据以前所学的知识，溶液浓度越大，氢离子浓度也应该越大，而在这张图上则表现为先上升后下降两个过程，存在一个最高点。我们感到非常疑惑，希望能够亲自用实验验证这张图的正确性。因为实验条件不是很苛刻，而且我们很容易确定实验方案，所以我们决定将这张图带到实验室以实验的方法解决我们心中的疑惑。二、实验设计：1．验证曲线形状：1）取一定量的水于50ml烧杯，将洗净擦干的PH探头插入水中。得水的pH值。2）往烧杯中每次加入5ml醋酸，得相应浓度溶液的pH值。将数据填入下表：50ml水加醋酸后（每次5ml）pH值1234567893）在步骤2中，收集多个数据直到能够绘制理想曲线。2．测定PH最低点的浓度：1）在实验1的数据组中找出PH最低点。向水中逐滴滴加醋酸，直至pH与第一次实验中pH最低点一致。2）适当加入少许水或醋酸，观察其PH值是否会更小，比较之下得到PH值最小的醋酸溶液。3）用已知浓度的NaOH溶液滴定醋酸溶液，得到其浓度。4）配制3）所得浓度的醋酸，测其pH，数值应与2）中数据一致。3．绘制图像：1）以第2步所得浓度为分割点，分别配制高浓度与低浓度的多种醋酸溶液，测定不同浓度下的PH值并将数据输入计算机内。2）整理数据，换算PH值为氢离子浓度并选取偏差较小的点按比例绘制成图像。附注：在实际操作中，我们发现PH探头不是一个符合这个实验要求的理想工具，在浓溶液中PH探头不够灵敏，几乎测不出微小变化且屏幕显示数据很不稳定，于是我们改用了电导率探头作为实验工具，因为对于醋酸溶液，氢离子浓度越大，电导率也越大，两者变化趋势一致，因此在图像Y轴中可以用电导率代替氢离子浓度出现。三、实验器材：烧杯、玻棒、蒸馏水、纯醋酸、NaOH、酚酞、试管、容量瓶、铁架台、滴定管、探头等。四、实验过程：(一)设置传感器1．将TI-83plus图形计算机、CBL系统按顺序连接。2．将电导率传感器与CBL系统通道相连；将电导率传感器的量程开关设置在此0-2000s范围。3．打开TI-83plus图形计算机、CBL系统，按“APP”，选择“CHEMBIO”程序，按“ENTER”(见图1)。待出现（见图2）屏幕显示时按“ENTER”。(图1)(图2)4.在MAINMENU菜单中选择“1:SETUPPROBES”；输入传感器数量“1”，(见图3、图4)(图3)(图4)5.在“SELEECTPROBE”菜单中选择“6：CONDUCTIVITY”。(见图5)6.输入通道序号“1”并按“ENTER”(见图6)；在“CALIBARATION”菜单中选择“1:STORED”。(见图7)(图5)(图6)(图7)（二）电导率数据采集1.将电导率传感器浸入烧杯内的醋酸溶液中。2.在MAINMENU菜单中选择“2：COLLECTDATA”。(见图8)3.在COLLECTDATA菜单中选择“3：TRIGGER/DATA”，预热30秒后，按“ENTER”。(见图9、图10)(图8)(图9)(图10)4.当CBL系统显示屏示数稳定后，按CBL上的“TRIGGER”键，并在图形计算器上输入醋酸的浓度（或采点序号），按“ENTER”。(见图11)5.在DATACOLLECTION菜单中选择“1：MOREDATA”。(见图12)(图11)(图12)6.滴加一定量浓醋酸于烧杯中或换用不同浓度的醋酸溶液。7.重复5、6的操作步骤。每次按“ENTER”键后在图形计算器上输入醋酸的浓度（或采点序号），直至达到实验所要求的样点个数。8.在DATACOLLECTION菜单中选择“2：STOP”，即完成了数据的采集。(见图13)(见图14)(见图15)(见图16)(见图17)(见图18)(见图19)五、实验数据:(图13)(图14)(图15)(图16)(图17)(图18)(图19)以上数据列表中L1列表示的是采点的次序，L2列表示的是相应点的电导率数值；图像的X轴表示的是采点的次序，Y轴表示的是电导率数值。(见图20)(见图21)(见图22)(图20)(图21)(图22)以上数据列表中L1列表示的是醋酸溶液的浓度，L2列表示的是相应溶液的电导率数值；图像的X轴表示的是醋酸溶液的浓度，Y轴表示的是电导率数值。六、数据处理：利用四次方程拟和所绘制的图像，得到以下结果：图像方程式为Y=-1.438x^4+18。526x^3-90.625x^2+194.625x+36.321(见图23)(见图24)(见图25)(图23)(图24)(图25)R2表示拟和图像与原始数据的吻合率。七、实验的理论解释:溶液分子中存在着两种作用力，一种是同分子间的氢键（包括水分子与水分子间的作用力，醋酸分子与醋酸分子间的作用力）；另一种则是水分子对醋酸分子极化作用，使得羧基中的氢氧键断裂而生成水合氢离子及醋酸根。在稀溶液里，由于水占极大多数，醋酸分子所受作用力以水的极化作用为主，可电离出的氢离子较多，加入少量醋酸后，虽然影响了水的极化作用，使一部分已电离