一、问题的提出

现行高中化学教材中有关“中和热的测定”实验是中学化学教材中为数不多的定量实验,该实验能很好地培养学生的实验基本操作能力和实验数据分析处理能力。实验在操作过程中主要借助中和热实验测定装置利用温度计来测量反应前后的温度,运用相应公式计算反应放出的热量。但在传统实验的过程中,需要不断地读取温度计显示的温度,实验时间相对较长,同时对于装置的要求较高,从实验测定的数据计算出的中和热数值与理论值相差较大。在该实验的研究过程中发现借助手持技术可以很好地解决上述问题。本文就手持技术在该实验中的具体实施作如下介绍,供读者参考。

二、实验研究

1.仪器及药品

(1)仪器:温度传感器、朗威DISLab 6.0数据采集器及配套计算机软件、计算机、量热器(保温杯)、磁力搅拌器、漏斗、量筒(50 mL)、小烧杯(80 mL)。

2.实验过程

(1)根据图1连接好实验装置,连接计算机、数据采集器及温度传感器,打开计算机,进入V7.0实验软件系统。点击“通用软件”,系统自动识别所接入的传感器,并显示温度值。

(2)用量筒量取50 mL的HCl溶液,倒入一只小烧杯中,然后将温度传感器放入HCl溶液中,开始采集数据,待温度读数稳定后,停止采集,保存数据,记录温度为。

(3)将温度传感器从HCl溶液中取出,用蒸馏水清洗干净,并用滤纸吸干。

(4)用另一只量筒量取50 mL的NaOH溶液,倒入小烧杯中,将温度传感器放入NaOH溶液中,开始采集数据,待温度读数稳定后,停止采集,保存数据,记录温度为。

(5)计算两种溶液的平均温度记为,重复步骤(3)。

(6)先将小烧杯中的HCl溶液倒入保温杯中,盖上杯盖,插上温度传感器,开始数据采集;再将NaOH溶液迅速倒入,打开磁力搅拌器,同时观察数据采集器上的数据及曲线的变化趋势。待温度读数稳定不再升高时,停止数据采集,读取最高温度记为。

(7)按照上述步骤再重复进行两次实验,将相应数据填入附表中,然后利用计算机中相关软件绘制的图像进行数据处理,并利用如下公式进行相关计算。

相关计算公式:

(8)将稀硫酸、稀醋酸及浓硫酸分别与稀NaOH溶液进行上述实验,计算中和热。

3.数据记录与分析

(1)稀HCl溶液与稀NaOH溶液的反应。

实验图像如图2所示。

温度数据:

中和热计算:

(2)稀发溶液与稀NaOH溶液的反应。

实验图像如下页图3所示。

温度数据:

中和热计算:

数据分析:

①浓硫酸与NaOH反应。

a.温度数据:

b.中和热计算:

②稀硫酸与NaOH反应。

a.温度数据:

b.中和热计算:

4.结果与讨论

通过上述的实验及数据分析,可以得出下列结论:

(1)稀HCl和稀与稀NaOH溶液反应的过程非常相似,反应放出的热量近似相等,并与中和热的理论值(-57.3kJ/mol)非常接近,很好地利用手持技术解决了常规实验造成误差过大这一难题。(2)稀溶液与稀NaOH溶液反应的中和热数值为-51.8kJ/mol,其反应放出的热量比中和热的理论值稍小,符合理论推断(醋酸在与稀NaOH溶液反应过程中因为不断电离,该过程中需要吸热,导致最终放出的热量小于中和热的理论值)。(3)浓硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热数值为-122.1kJ/mol,其反应放出的热量比中和热的理论值大,符合理论推断(浓硫酸在与稀NaOH溶液反应过程中因为与水发生水合作用,放热明显,导致最终放出的热量大于中和热的理论值)。(4)本实验所用试剂浓度和实验装置要求较高,浓度不同和加入试剂顺序不同,实验结果会有一定的偏差。

借助手持技术能实时、快速、直观地显示酸与碱在反应过程中的温度变化,并能根据实验结果较为准确地计算出中和热,有助于学生从定性和定量的角度对酸碱发生中和反应过程中的热效应进行全面深入的理解。

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