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

星期三 , 8, 五月 2019 Leave a comment

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

*yangsp@cc.ncue.edu.tw

【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

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(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~-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。

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圖三:使用不同鹽酸濃度測得的溫度對時間作圖

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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 sec100 sec – 82 sec),反應溫度全程範圍為30.456.4 – 26.0)。

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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 sec227 sec – 180 sec),反應溫度全程範圍為28.955.0 – 26.1)。

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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 sec335 sec – 288 sec),反應溫度全程範圍為26.754.0 – 27.3)。

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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 sec427 sec – 372 sec),反應溫度全程範圍為26.053.0 – 27.0)。

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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 sec513 sec – 443 sec),反應溫度全程範圍為26.654.0 – 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)》】

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