臺灣化學教育

發現濃度對熱失控的誘導期和速率之影響：
一個發現學習的化學實驗（中）

楊水平

國立彰化師範大學化學系

*[email protected]

【承《發現濃度對熱失控的誘導期和速率之影響：一個發現學習的化學實驗（上）》】

n   實驗結果和討論

一、   溫度計校正和鹽酸真正濃度

利用實驗室提供的標準溫度計（放在示範桌上），校正你的溫度計，紀錄於表一中。

表一：溫度計校正

以密度比對體積莫耳濃度方式或以滴定方式，測定鹽酸的真正濃度，其真正濃度寫在藥瓶上，紀錄鹽酸配製的大約濃度（未被標定）和測定真正的濃度（被標定）於表二中。

表二：鹽酸配製的大約濃度和測定的真正濃度

二、   原始數據表、製作最佳趨勢曲線和畫出外推線、找出濃度與溫度的關係

(一)      紀錄原始數據表

表三：操作實驗所得的原始數據

(二)      畫出各濃度的最佳趨勢曲線、繪製各曲線的兩條外推線、並畫出初始速率（斜率）和反應溫度全程範圍

根據表三的原始數據，使用不同的符號（如圓形、圓圈、三角形、方形、星形及菱形等）或不同的顏色來表示各種不同濃度的數據點和趨勢線，畫出各濃度的最佳趨勢曲線。各曲線需要標示鹽酸的濃度，橫軸和縱軸需要標示自變因（溫度）和依變因（時間）及其單位。圖三是不同鹽酸濃度的溫度對時間作圖（有五條最佳趨勢曲線）；圖四-1~四-5是各鹽酸濃度的溫度對時間作圖並畫出各濃度的最佳趨勢曲線，繪製各濃度曲線的兩條外推線，畫出初始速率（斜率）和反應溫度全程範圍。

圖三：使用不同鹽酸濃度測得的溫度對時間作圖

圖四-1：鹽酸濃度（5.75 M）測得的溫度對時間作圖

根據圖四-1得知，鹽酸濃度為5.75 M得到最佳趨勢曲線的兩條外推線（水平線和切線）交叉於82 sec，上升5℃所需時間為18 sec（100 sec – 82 sec），反應溫度全程範圍為30.4℃（56.4℃ – 26.0℃）。

圖四-2：鹽酸濃度（5.43 M）測得的溫度對時間作圖

根據圖四-2得知，鹽酸濃度為5.43M得到的最佳趨勢曲線的兩條外推線（水平線和切線）交叉於180 sec，上升5℃所需時間為47 sec（227 sec – 180 sec），反應溫度全程範圍為28.9℃（55.0℃ – 26.1℃）。

圖四-3：鹽酸濃度（4.59 M）測得的溫度對時間作圖

根據圖四-3得知，鹽酸濃度為4.59 M得到的最佳趨勢曲線的兩條外推線（水平線和切線）相交於288 sec，上升5℃所需時間為47 sec（335 sec – 288 sec），反應溫度全程範圍為26.7℃（54.0℃ – 27.3℃）。

圖四-4：鹽酸濃度（3.99 M）測得的溫度對時間作圖

根據圖四-4得知，鹽酸濃度為3.99 M得到的最佳趨勢曲線的兩條外推線（水平線和切線）相交於372 sec，上升5℃所需時間為55 sec（427 sec – 372 sec），反應溫度全程範圍為26.0℃（53.0℃ – 27.0℃）。

圖四-5：鹽酸濃度（3.59 M）測得的溫度對時間作圖

根據圖四-5得知，鹽酸濃度為3.59 M得到的最佳趨勢曲線，繪製此曲線的兩條外推線相交於443 sec，上升5℃所需時間為70 sec（513 sec – 443 sec），反應溫度全程範圍為26.6℃（54.0℃ – 27.4℃）。

(三)      描述鹽酸濃度與溫度的關係

1.    根據圖三和四的最佳趨勢曲線，定性地描述單一鹽酸濃度與鋁箔反應的時間與溫度之關係。

當鹽酸與鋁箔反應時，剛開始的溫度幾乎維持恆定在室溫，但是抵達特定的時間時，溫度先緩慢上升然後快速上升，最後在高溫幾乎維持恆定。

2.    根據圖三和四的最佳趨勢曲線，定性地描述各種不同濃度對熱失控的誘導期之關係。

無論是何種鹽酸濃度，當鹽酸與鋁箔反應時，鹽酸的濃度越高，熱失控的誘導期越短。

 

【續《發現濃度對熱失控的誘導期和速率之影響：一個發現學習的化學實驗（下）》】