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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
【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
項目 |
數值 |
現在室溫(你的溫度計),℃ |
26.2 |
現在室溫(標準溫度計),℃ |
26.0 |
校正的溫度差(你的 ‒ 標準的),℃ |
0.2 |
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
鹽酸的濃度 |
濃度1 |
濃度2 |
濃度3 |
濃度4 |
濃度5 |
配製濃度(未被標定),M |
4.5 |
5.0 |
5.5 |
6.0 |
6.5 |
真正濃度(被標定),M |
3.59 |
3.99 |
4.69 |
5.43 |
5.75 |
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)》】