实验：硫代硫酸钠与酸的反应速率

硫代硫酸钠溶液与稀酸之间的反应是中四经典的速率实验，因为它生成缓慢形成的硫沉淀，可以用简单的叉号加秒表方法来计时。它是很受青睐的试卷三实验，因为它让你能干净地改变浓度、测量清楚的终点、并算出速率。

本指南列出目的、方法、观察，以及实验考试所看重的试卷三技能。

目的

调查硫代硫酸钠溶液的浓度如何影响它与稀盐酸的反应速率，以细小的硫沉淀遮住画在瓶下叉号所需的时间来衡量。

仪器与材料

• 锥形瓶
• 画有叉号(X)的白纸
• 量筒（例如硫代硫酸钠用 50 cm³、酸用 10 cm³）
• 秒表
• 温度计
• 已知浓度的硫代硫酸钠溶液
• 蒸馏水（用于把硫代硫酸钠稀释到不同浓度）
• 一种固定浓度的稀盐酸

步骤

1. 在一张白纸上画一个叉号，把锥形瓶放在它上面。
2. 量取固定体积的硫代硫酸钠溶液倒入锥形瓶，再加蒸馏水配成第一个选定浓度，每次都保持总体积相同。
3. 用温度计记录混合物的温度。
4. 量取固定体积的稀盐酸，加入锥形瓶，并马上启动秒表。
5. 从上往下透过混合物看叉号，在叉号再也看不见的一瞬间停止秒表。
6. 记录叉号消失所需的时间。
7. 洗净锥形瓶，对几个不同浓度的硫代硫酸钠重复步骤 2 至 6，保持总体积、酸的体积与浓度以及温度相同。
8. 对每个浓度，把速率算作一除以所需时间，并把速率对浓度画图。

预期观察

加入酸时，无色的混合物慢慢变浑浊、呈淡黄色，因为生成了细小的硫沉淀。从上往下透过锥形瓶看，叉号变得越来越难看清，然后消失。

用较浓的硫代硫酸钠溶液时，浑浊形成得更早，叉号在更短时间内消失。随着浓度下降，所需时间增加，因此算出的速率（一除以时间）减小。

速率对浓度的图上升。

推断与结论

叉号消失所需的时间越短，反应速率越快。较浓的硫代硫酸钠溶液给出较短的时间，因而给出较快的速率。

碰撞理论解释了这一点：较浓的溶液在相同体积内有更多硫代硫酸钠粒子，所以它们与酸粒子碰撞得更频繁，每秒有更多有效碰撞。结论是：反应速率随硫代硫酸钠浓度的增加而增大。

同样的方法可以用来研究温度，只需加热混合物而非改变浓度。

科学过程技能（试卷三风格）

提出假设。 当硫代硫酸钠的浓度增加时，反应速率增大。

假设把操纵变量与反应变量联系起来。

辨认变量。 操纵变量是硫代硫酸钠溶液的浓度。

反应变量是反应速率，由叉号消失所需的时间求得。固定变量是混合物的总体积、酸的体积与浓度，以及温度。

列表记录数据。 画一个表，设列为硫代硫酸钠的浓度、叉号消失所需的时间与速率（一除以时间），时间按秒表的精度记录。

画图。 把速率（y 轴）对浓度（x 轴）画图。

上升的趋势表明速率随浓度上升。把一除以时间对浓度作图会得到一条过原点的直线，是一个有用的检验。

作出操作性定义。 反应速率用操作方式定义为：一除以叉号透过混合物变得看不见所需的时间。

作出推断。 浓度较高时反应较快，因为硫代硫酸钠粒子更拥挤、与酸碰撞更频繁，这是考官所看重的碰撞理论推理。

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。
• 在通风良好的地方或通风橱内进行实验，因为反应放出二氧化硫气体，它令人窒息并刺激肺部。
• 不要直接俯身在锥形瓶上闻气体；把脸偏向一侧，以免吸入二氧化硫。
• 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

• 各次实验之间改变总体积。 若硫代硫酸钠加水的总体积不同，浓度就没有被公平控制；应加入适量的水，始终使总体积相同。
• 判断终点不一致。 不同的人在不同时刻认定叉号已消失；应每次都用同一位观察者与同一观察位置。
• 液体深度不同。 液层较深或较浅会改变叉号被遮住的快慢；应保持总体积、从而深度相同。
• 让温度变化。 较热的混合物反应较快；每次实验都保持相同温度，使只有浓度改变。
• 把时间与速率混淆。 时间越短表示速率越快；当题目要求速率对浓度时，应画速率（一除以时间），而非时间。

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，我们用叉号消失实验一次教完整套速率工具：只有一个变量的公平检验、清楚的操作性终点、把时间换算成速率，以及按评分方案所要的确切措辞的碰撞理论解释。我们也强调容易被忘记的二氧化硫安全要点。

因为浓度与速率在 SPM化学 里被考查，而这又是经典的试卷三实验（试卷三为实验考试，评估科学过程技能），在这里用干净的方法与精确的推理，能守住理论卷与实验考试两方面的分数。