浓度对氯离子效应影响的实验探究

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1、浓度对氯离子效应影响的实验探究摘要：氯离子存在使某些化学反应速率加快的效应为氯离子效应，以锌与稀硫酸反应为对象，定量研究氯离子浓度对该反应氯离子效应的影响。得出在0〜2.50mol/L的氯离子浓度范围内，氯离子浓度每增加0.50mol/L,锌与稀硫酸反应速率增加约0.16mL/s；大于3.00mol/L的氯离子浓度条件下，反应速率呈下降趋势的结论。并就该结论在减缓钢筋混凝土腐蚀的应用上提出设想。问题的提出、方案的设计、研究的过程、结论及应用有利于培育学生较高水平层次的化学学科核心素养。关键词：氯离子效应；浓度；实验探究文章编号：100

2、56629(2018)9009503中图分类号：G633.8文献标识码：B1问题的提出日常生活中有一个有趣的现象：炒完菜后铝锅内的盐巴未洗净，铝锅就很容易生锈。按照高中化学教材所述，该现象似乎不合常理。铝与空气中的氧气反应生成致密的氧化膜并牢固地覆盖在铝表面，阻止了内部的铝与空气接触，从而防止铝进一步氧化［1］。但教材中也提出氯化钠溶液中的氯离子会破坏氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀［2］。关于氯离子的这种效应，王程杰教授在"关注氯离子效应在中学化学实验中的应用”[3]—文中从金属相表面发生置换反应时的氯离子效应等八个实验，详细介绍了氯

3、离子效应在中学化学实验中的应用，并就氯离子效应产生的原因进行深入探讨。归纳起来，可以认为氯离子效应主要是加快了某些化学反应的速率，该效应的存在是影响化学反应速率的因素之一。而影响化学反应速率的常见外界因素有浓度、温度、压强和催化剂等[4],那么，氯离子浓度的变化对于氯离子效应是否存在影响呢？为了定量探究该影响是否存在及影响的程度，必须设计相关实验进行验证。2药品和仪器的选择为了定量探究浓度对氯离子效应的影响，必须选择一个具体的化学反应作为研究对象。该反应宜为中学常见反应，且反应速率易于测量。为此，选择锌片与稀硫酸反应作为研究对象,通过

4、改变氯离子浓度，测量单位时间内产生氢气的体积，定量比较浓度影响的结果。用于测量该反应速率的仪器可以选用镰刀形量气装置（图1）,该装置由镰刀形气体发生器、三角漏斗等组成，可以较为精确测量气体生成速率[5]。但该仪器在使用中常出现发生器与三角漏斗接触不够紧密导致气密性不好、镰刀形导气管容易断裂、精确度还需再提高等问题。为了确保实验成功，并提高数据的精确度，对镰刀形气体发生装置进行三处改进：一是保留下端双节管部分；二是增加碱式滴定管，将三角漏斗设计在碱式滴定管的上方；三是将导气管与碱式滴定管下端组合并设计成磨口玻璃塞。重新设计后，将双节管气

5、体发生器和碱式滴定管组合后装置图如图2。使用该装置时，将锌片放在双节管的上节管，关闭排液活塞，打开导气活塞，往碱式滴定管上方三角漏斗中加入稀硫酸至充满双节管，关闭导气活塞。反应开始后，生成的氢气将液体压入碱式滴定管，记录液面高度及所用时间即可精确测量氢气生成速率。3方案的设计要探究浓度对氯离子效应的影响，应以氯离子浓度为单一自变量，测量反应速率与氯离子浓度的关系。每组实验选用长2cm、宽lcm、厚0.2cm的锌片各6片，选用常温下密度为1.20g/mL的稀硫酸与锌片反应。稀硫酸配制8组，每组均100.OOmL（滴入2滴甲基橙用于显色）

6、，编号A的稀硫酸不加氯化钠，作为空白组进行对比。从编号B开始至编号H,以0.05mol为递增标准，分别加入氯化钠0.05mol.0.lOmol.0.15mol、0.20mol、0.25mol、0.30mol、0.35mol行充分溶解，然后使用以上改进后的装置测量产生氢气的速率，并进行记录。4实验的过程按照以上方案，使用电子秤分别称取对应质量的氯化钠溶解于100.00毫升稀硫酸中。此时发现H组氯化钠无法完全溶解，已经达到饱和状态，因此H组的数据只能作为参考。待药品都准备好后，将仪器按图2装置图装配起来，检验其气密性良好后，将6片锌片平放

7、入双节管发生器的上节管中,插入碱式滴定管，固定在铁架台上。关闭排液活塞，打开导气活塞，从碱式滴定管上方三角漏斗加入稀硫酸至充满双节管，关闭导气活塞。反应开始后，锌片表面有无色气泡冒出，一段时间后，碱式滴定管中液面上升。反应即将结束的一段时间锌片逐渐与硫酸脱离，此时的反应速率不但与浓度有关，还与锌片和硫酸的接触面积有关。为了确保只是浓度引起的速率变化,记录液面上升到37.OOmL刻度的时刻及记录液面上升到5.OOniL的时刻。使用摄像机拍摄每个实验过程，再使用视频编辑软件（如“爱编辑”软件）找出以上两个液面所对应的时刻，可以读数到0.0

8、01秒。每做完一组实验后，清洗仪器，换用新的相同数量和规格的锌片，再重复以上操作过程。5实验的结果按照以上方法做完八组实验，记录液面从37.OOmL上升到5.OOmL的时间，再将32.OOmL氢气体积除以所用时间（秒）,