瑞帝電通國際有限公司 - READY INTERNATIONAL INC.
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『藍牙、工控網路、USB、 Wi-Fi 、PCIE、 NFC 、SD 、SDIO、 eMMC通訊協定分析儀』( Bluetooth、USB、 Wi-Fi 、PCIE、 SDIO、eMMC Protocol Analyzer )
『CMA 科學教育數位化儀器設備』-『 』( CMA Science Education )
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型號: 化學實驗-化學平衡001
名稱: 化學平衡001-化學平衡
規格:
﹝實驗主題﹞
什麼是化學平衡?
[實驗探討]
在這個實驗中,你要研究石灰與蘇打水的反應。 蘇打水與正常水之間的差異為它在施壓後有溶解二氧化碳。 在蘇打水中加入石灰岩(碳酸鈣)時,產生了石灰石。二氧化碳和溶解的碳酸氫鈣之間的化學平衡:
CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g)  Ca2+(aq) + 2 HCO3-(aq)
在此實驗中,您將研究此反應以及透過添加或除去其中一種化合物而對平衡產生的影響。您將透過使用電導率傳感器進行測量。
[實驗器材]
1. CMA公司的『資料處理器』(Data logger),可以選擇型號:001 Vincilab筆記型資料處理器或型號:006p CoachLabII+桌上型資料處理器Data-logger 。
2. 型號:BT27i『電導率感測器』(Conductivity sensor)
3. (自備)500mL燒瓶或燒杯
4. (自備)支架和夾具,
5. (自備)刮刀
6. (自備)電磁攪拌器
7. (自備)魚缸打氣機
8. (自備) 碳酸鈣(粉末),蘇打水(碳酸礦泉水),蒸餾水。
[實驗安全]
戴護目鏡,化學物品 避免與皮膚和衣服接觸
[實驗步驟]
1. 將電導率感測器切換到0 - 2000μS範圍。
2. 將電導率感測器連接到接口的輸入1。
3. 在Coach軟體中打開『Coach Activity』的『Introduction to equilibrium』(化學平衡)。
4. 使用感測器測量蒸餾水與一些碳酸鈣粉末和蘇打水的電導率。記下結果。
5. 將250毫升蘇打水倒入500毫升燒瓶中。
6. 將電導率感測器放在水中,開始測量。使用磁力攪拌器或用感測器攪拌蘇打水。
7. 大約兩分鐘之後,再加入一些碳酸鈣粉末至蘇打水中。
8. 10分鐘後將打氣機放置溶液中。
9. 添加碳酸鈣後電導率發生什麼變化? 這是什麼原因?
10. 打氣機放置溶液後,電導率產生什麼變化? 這是什麼原因?
11. 二氧化碳氣體透過打氣機送至溶液後,導電率會有什麼變化? 為什麼?
12. 你能想到其他方式改變電導率嗎?
13. 使用其他碳酸鈣來進行實驗。
﹝實驗原理﹞
1.可逆反應和動態平衡
(Reversible reactions and dynamic equilibrium)
一些反應是可逆的,在這種可逆反應中,反應在兩個方向上同時發生,前進和後退的反應速率變化到化學平衡的時刻,其中正向和反向反應速率相等。 因此,即使反應仍在進行,任何物種的濃度都沒有變化。
對於涉及兩種反應物和兩種產物的可逆反應:
aA (g) + bB (g) ⇄ cC (g) + dD (g)
在平衡時,正向反應的速率等於反向反應的速率:
在平衡的系統中存在微妙的變化。幾乎任何形式的變化都會破壞平衡。 反應受到干擾的系統進行調整以恢復平衡。然而,當平衡恢復時,平衡位置與原始位置不同;產品或反應物的量可能增加或減少。 這種差異被稱為平衡位置的偏移。
法國化學家Henry Le Chatelier研究了由於條件變化而導致平衡狀態的轉變,他提出了Le Chatelier的原則:“如果動態平衡受到條件的改變而受到干擾,平衡狀態就會改變”
2.二氧化碳溶於水
(Carbon dioxide dissolved in water )
二氧化碳透過溶解在海水中,使得他從大氣中離開。
CO2(g) ⇄ CO2(aq)
並形成碳酸。
CO2 (g)+ H2O (l) ⇄ H2CO3 (aq) (carbonic acid)
一旦二氧化碳溶解到海水中,二氧化碳就被轉化成碳酸氫鹽(HCO3-)離子或碳酸鹽(CO32-)離子。
3.石灰的沉澱和溶解
(Precipitation and solvation of limestone)
海水中碳酸鈣(例如礦物方解石)的作用主要由以下反應中的平衡控制:
CaCO3 + H2CO3 ⇄ Ca2+ + 2 HCO3-
其中CaCO3是固體方解石,H2CO3是碳酸:如上所述透過水和二氧化碳之間的反應形成的,相對為較弱的天然存在的酸。Ca2+是陽離子,HCO3-溶液中視負離子:後者是所謂的碳酸氫根離子。
這個系統處於平衡狀態,正向反應的方向往右邊;,逆向反應的方向在左邊。兩個方程都有自己的平衡常數。 如果平衡受到干擾,反應將有利於正向或反向反應。
任何增加二氧化碳溶解量的過程都會促進產生更多的H2CO3,從而使反應向右移動。這意味著石灰石(CaCO3)會溶解。 反之亦然。 系統中溶解的二氧化碳CO2的減少導致方解石沉澱。
• 溫度:二氧化碳在冷水中更易溶解,而碳酸鈣易在熱水中沉澱,常常在溫泉附近發現。
• 壓力變化: 根據亨利定律,壓力的增加會增加液體中氣體的溶解度。
• 有機植物:綠色植物在光合作用過程中除去二氧化碳,而腐爛植物釋放二氧化碳。 二氧化碳量的變化導致碳酸鈣沉澱,二氧化碳減少,碳酸鈣溶解度增加,二氧化碳排放量增加。
• 環境的“酸度”:H+離子是溶液“酸度”的量度。 隨著溶液的pH降低,H+離子增加。 海水的pH值約為8,弱鹼,而雨水pH約為6,弱酸。 碳酸鈣溶解在酸性溶液中並在鹼性溶液中沉澱。
生物體,如珊瑚、鈣質藻類、蛤蜊、貽貝、鳥蛤和蝸牛都可以從海水中提取碳酸鈣來構建骨骼結構。 當生物體死亡時,這種礦物質沉積成離散的顆粒。當軟體動物分泌文石形式的碳酸鈣時,形成珍珠。長時間後,這些碳酸鈣沉積物被物理和化學改變成稱為石灰石的沉積岩
珊瑚礁的生長為從海水中去除二氧化碳。為了保持平衡,海水從大氣中不斷重新填充二氧化碳,這是在快速和廣泛的珊瑚礁生長期間導致大氣中溫室氣體不斷耗盡的過程。
當雨水透過水和二氧化碳之間的反應形成碳酸時,雨水滲透到地面,直達到石灰岩地層。 石灰石被碳酸溶解,產生洞穴。 碳酸氫鈣溶液暴露於空氣中時,溶解的二氧化碳被釋放到大氣中,碳酸鈣沉澱出來形成鐘乳石。 鐘乳石以每世紀約1英寸的速度增長。
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