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巨觀的平衡反應---化學反應動態平衡的類比實驗
by yangsp, 2011-04-30 10:00:16, 人氣(2427)

中學化學示範實驗

Chemical Demonstrations for High School


國立彰化師範大學理學院化學系 提供

【策劃者:楊水平  李成康】    【製作者:李忠家 93242011】【編修者:楊水平


巨觀的平衡反應---化學反應動態平衡的類比實驗

簡介

使用大小不相同的兩個燒杯,在一個含有水容器和一個未含水的容器反覆來回地盛水和倒水,最後兩個置物箱中的水位高低不會再改變,水量的動態達到平衡。

示範步驟

1. 取兩個大小相同的透明置物箱或水族箱左右併排放在一起。左邊的箱子水。右邊的箱子裝約 4/5 滿的水,加入些許的紅色食用色素並且攪拌均勻,如圖一所示
2. 拿一個 250 mL 的燒杯於右邊裝水的箱子中盛水( 燒杯貼近箱子底部盛水),並且倒入左邊空的箱子中如圖 二所示
3. 然後,拿一個 100 mL 的燒杯於左邊箱子中盛水( 燒杯貼近箱子底部盛水),並且倒入右邊空的箱子中如圖 三所示
4. 重複步驟 3~4, 反覆來回地左 邊右邊盛水和倒水,如圖 四~七所示
5. 最後兩個置物箱中的水位高低不再改變,水量變化達到動態平衡如圖 四~七所示
PS: 水位高低不再改變可用小燒杯盛水並且觀察水的體積,然後此水倒回置物箱中再使用大燒杯盛水倒到小燒杯並且觀察水的體積 ,兩者的體積是否相同,若達到動態平衡時,則水的體積應該相同。
圖一  左邊是空的箱子,右邊是裝水的箱子
圖二  大燒杯在右邊盛水和倒水 入左邊 圖三  小燒杯在左邊盛水和倒水 入
圖四  持續拿大燒杯盛水和倒水 圖五  持續拿小燒杯盛水和倒水
圖六  再持續拿大燒杯盛水和倒水 圖七  再持續拿小燒杯盛水和倒水
圖八  最後兩邊水位高低不再改變

請按此連結:巨觀的平衡反應---化學反應動態平衡的類比實驗,YouTube。

(拍攝者:吳政隆和謝孟樺;影像製作和轉檔者:李忠家;影片後製作:陳薇婷

 

溶液和器材

1.
透明的小型置物箱或水族箱。
2.
水溶性食用色素少許。
3.
自來水。
4.
250 mL 燒杯一個。
5.
100 mL 燒杯一個。

原理和概念

1.

在此示範實驗中,右邊箱子的水當作反應物,箱中的水量代表反應物的量。使用大燒杯從右邊箱中盛水倒入左邊空箱中,代表反應由反應速率高的一邊開始進行;當水倒入左邊箱中時,表示 產生生成物。相反 地,使用小燒杯裝水倒回原來的右邊箱中,表示反應由反應速率較慢的一邊進行逆反應。當反覆來回地盛水和倒水重複相同的步驟,最後水位的高度不再改變,這表示反應物和生成物之間達到動態平衡,而不是一個靜止狀態的平衡。

2. 在一個系統內各物質之間發生化學反應當化學反應達到平衡時系統內各物質的量不再隨時間而改變此時稱反應達到化學平衡。系統中的各物質組成不隨時間而變並不意味著化學反應已經停止而是在任意時刻內,反應物的生成速率和生成物的消耗速率相等,反應達到動態平衡

教學提示

1. 挑選透明度高的容器以及水中加入水溶性食用色素形成有顏色的水有助於學 生清楚地觀看
2.

此實驗可以由兩位學生來示範,一名學生站在右側,並且拿較大燒杯從右側箱中盛水倒入左邊的箱中;相反地,另一名學生站在左側,並且拿較小的燒杯從左側箱中盛水倒入右邊的箱中

問題和參考答案

1. 在此實驗中,左右兩邊箱子中的水分別地當作為生成物和反應物,那麼箱子中水量的多寡(水位的高低)代表著什麼樣的意義?
答: 箱子中水量的多寡代表著生成物和反應物的量,也代表著生成物和反應物在整個反應系統中的濃度高低
2.  在實驗開始階段,使用較大燒杯盛到較多的水,使用較小燒杯盛到較少的水,這在化學反應裡代表著什麼樣的意義
答: 燒杯盛到水量的多寡代表著反應速率的快慢,使用大燒杯盛到較多的水和使用小燒杯盛到較少的水,表示反應向左產生生成物的速率大於反應向右逆回 反應物的速率
3. 當實驗到了最後階段,不斷重複地向左向右盛水 和倒水,水位高低都不會再改變,這在化學反應裡代表著什麼樣的意義
答: 當不斷重複的向左向右盛水和倒水,而且水位高低都不會再改變時,這表示反應向左或向右的速率相等,也就是反應達到了化學平衡,這平衡不是靜態的平衡而是動態的平衡

參考資料

1. Aquarium Analogy, Lecture Demonstration Movie Sheets, Department of Chemistry, Purdue University(Accessed on 2011/04/30).
2. Demonstrating Equilibriums,  (Accessed on 2011/04/30).
3. Teaching Chemical Equilibrium using a Macro Level Analogy, Mike Briggs, Department of Chemistry, Indiana University of Pennsylvania (Accessed on 2011/04/30).

適用程度

  國民小學 ˇ國民中學 ˇ高級中學 大學普通化學

安全

 示範這個實驗必須戴安全眼鏡及可丟棄的手套。
 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。
 

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