实验：浓度对反应速率的影响

浓度是大多数学生在中四反应速率一章里遇到的第一个因素，也是试卷三很受青睐的实验。这个探究容易布置、结果清楚，让你能练习实验考试所看重的每一项科学过程技能，提出假设、辨认变量、把结果列表，以及画出速率对浓度的关系。

本指南列出方法、你应预期的观察，以及考官所寻找的技能。

目的

调查盐酸的浓度如何影响酸与大理石（碳酸钙）之间的反应速率，以二氧化碳气体产生的快慢来衡量。

仪器与材料

• 锥形瓶
• 气体注射器，或用于排水集气的滴定管与水槽
• 配有塞子的导气管，塞子须与锥形瓶吻合
• 秒表
• 量筒（例如 50 cm³）
• 电子天平
• 大小相近的大理石碎块（碳酸钙）
• 两种或以上已知浓度的稀盐酸
• 蒸馏水

步骤

1. 用量筒量取固定体积的第一种浓度稀盐酸，倒入锥形瓶。
2. 称取固定质量、大小相近的大理石碎块，并记录其质量。
3. 把大理石碎块加入酸中，立即装上塞子和接到气体注射器的导气管，并马上启动秒表。
4. 每隔固定时间（例如每 30 秒）记录气体注射器中收集到的二氧化碳体积。
5. 持续到反应停止、不再有气体收集为止。
6. 洗净锥形瓶，用下一种浓度的酸重复步骤 1 至 5，保持酸的体积、大理石碎块的质量与大小以及温度相同。
7. 对每种浓度，把气体体积对时间画在同一组坐标轴上，比较曲线的陡度。

预期观察

每一次实验都能看到起泡（冒气泡），因为二氧化碳被释放，大理石碎块慢慢变小，气体注射器的活塞向外移动。用较浓的酸时，起初起泡更剧烈，气体收集得更快，气体体积对时间的曲线在前段更陡。

因为每次都用相同质量的大理石，反应最终在每次实验中产生相同的气体末体积，较浓的酸只是更早达到那个体积。

推断与结论

曲线在起始处越陡，反应速率越快。较高浓度的酸给出更陡的曲线，所以较高浓度给出更快的初始速率。

这可用碰撞理论解释：较浓的酸在相同体积内有更多酸粒子，因此粒子与大理石表面碰撞得更频繁，每秒有更多有效碰撞。结论是：当酸的浓度增加时，反应速率增加；而气体的末体积只取决于参加反应的大理石的量。

科学过程技能（试卷三风格）

提出假设。 当酸的浓度增加时，反应速率增加。

好的假设说出操纵变量与反应变量之间的关系。

辨认变量。 操纵变量是盐酸的浓度。

反应变量是反应速率，以固定时间内收集到的气体体积、或收集固定体积气体所需的时间来衡量。固定变量是酸的体积、大理石碎块的质量与大小，以及温度。

列表记录数据。 画一个表，一列为时间，另设几列记录各浓度下收集到的气体体积，所有体积按气体注射器所允许的相同精度记录。

第二个表可记录各浓度的初始速率。

画图。 把气体体积（y 轴）对时间（x 轴）画在同一组坐标轴上，对应每种浓度。

较陡的曲线表示反应较快。起始处切线的斜率给出初始速率。

作出操作性定义。 反应速率用操作方式定义为：单位时间内收集到的二氧化碳体积，或一除以收集固定体积气体所需的时间。

作出推断。 较浓的酸反应较快，因为它的粒子更拥挤、与大理石碰撞更频繁，这是碰撞理论的直接运用。

安全须知

• 戴安全护目镜，因为稀盐酸有刺激性，溅到会伤害眼睛。
• 小心加入大理石碎块，装塞子时不要硬塞，以免酸溅出、锥形瓶破裂。
• 未接上导气管前不要把锥形瓶完全密封，因为所产生气体的压力可能积聚。
• 皮肤若被酸溅到，立即用大量水冲洗，因为酸有刺激性。

常见错误

• 装塞子太慢。 气体在注射器接好之前逸出，使起初的读数偏低；应快速加入碎块并接好装置，在碎块放入时启动秒表。
• 大理石碎块大小不一。 不同大小会改变表面积，成为第二个变量；应使用大小相近的碎块，使只有浓度改变。
• 带视差读气体体积。 在视线平齐处读注射器，使体积正确。
• 让温度漂移。 较热的酸反应较快；每次实验都保持相同的室温，使比较公平。
• 比较末体积而非速率。 相同质量的大理石末体积相同；应比较曲线的陡度，而非它们结束的位置。

我们的老师如何使用这个实验

在一对一的 SPM化学课堂里，以英文授课、每小时 RM50 起，我们用这个经典实验来操练速率与量的区别，许多学生把这两者混淆。我们说明为什么不同浓度的曲线终止在相同体积、却以不同速度上升，并按评分方案所看重的确切措辞反复演练碰撞理论的解释。

因为速率题在 SPM化学 里到处出现，而这又是标准的试卷三实验（试卷三为实验考试，评估科学过程技能），在这里把方法与推理巩固好，能守住理论卷与实验考试两方面的分数。