必須実習 4: 溶液における温度変化の調査
導入済み| English | 意味 |
|---|---|
| temperature change/ˈtemprɪtʃə tʃeɪndʒ/ | 温度変化 |
| best-fit intersection/best fɪt ˌɪntəˈsekʃn/ | 近似曲線の交点 |
この観察を説明する要因は何か？
- 塩基を酸に加えることはまず温度を上げるが、その後の添加では混合物が冷たくなることがある。グラフの下降部分は必ずしも中和が吸熱反応になったことを意味しない。
- まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。
モデルを構築する
- 必須実験 4は、反応する溶液中の温度変化に影響を与える変数を調査する：適切な酸-金属、酸-炭酸塩、中和、または置換反応。入手したハンドブックの中和活動では、ポリスチレンカップをビーカーにセットし、蓋と温度計を取り付ける。学生は30 cm³ の希塩酸を始め、その温度を記録した後、教師が用意した水酸化ナトリウムを5 cm³ ずつ順次添加し、最終的に40 cm³ まで行う。
- 温度変化：最終温度または最高温度から、明記された初期温度を引いた値；最適適合交点: 適合された上昇傾向と下降傾向が交差する点であり、ピークを推定するために用いる。
すべての酸が反応した後に温度が下がるのはなぜか？
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酸が使い切られると、中和熱による昇温は生じず、追加された低温の塩基および室温への熱損失により温度は低下します。保存則は維持されており、エネルギー simply が混合物から排出されているだけです。
各専門用語を正確な意味と対応させよ。
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関連する物理量やプロセスを区別するために定義を使用せよ。
これを検証できる証拠を選ぶ
- 各添加後、蓋を再度被せ、軽く撹拌して最高温度を記録する。新しい開始液を使って調査を繰り返し、各添加体積ごとに平均値を計算する。平均温度に対して添加された塩基の総体積をプロットする。上昇領域と下降領域に適した最適適合線を引き、その交点を推定する。これは離散的な读数の間のピークを推定するものであり、すべてのノイズのある点を結んで最も高い測定点を正確であるとみなしてはいけない。
- 学校の承認を受けたリスクアセスメント、保護メガネ、および技術者が用意した溶液を使用する。水酸化ナトリウムは特に目の危険性がある。初期酸の体積、溶液濃度、開始温度、カップ、攪拌、読み取り手順を同等に保つ。実測値と装置のスケッチを実験室で記録すること。この授業はその作業を準備・解釈するものであり、書面によるパフォーマンスの認定ではない。蓋と断熱材は熱交換を減少させるが、完全に消除するわけではない。
この場合、調査やモデルをより妥当にする2つの習慣は何か。
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条件や仮定を明記することで他者が正確に再現でき、根拠となる証拠を記録することで結論を検証できます。相反する結果を隠すと、誤った結論を疑う証拠を失いますし、単一の測定でより広い主張を成立させることはできません。
既知の量から始める
- 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
- 既知：ある体積における元の実験ペアの結果が 30.4 °C と 30.8 °C であり、平均温度 = (30.4+30.8)/2 = 30.6 °C となる。初期平均温度は 20.2 °C であり、上昇幅は 10.4 °C である。酸が消費された後、さらに冷たいアルカリを加えても同等の中和発熱は生じない。また、混合や周囲への熱移動により温度が下がる可能性がある。これをもって吸熱性の中和反応が成立するわけではない。
2回の反復測定値は 29.2 °C と 29.8 °C である。その平均を求める。同一の手順を用いる：既知量 → モデル → 関係式 → 数値代入 → 単位と解釈。
2回の反復測定で得られた温度はそれぞれ 29.2 °C と 29.8 °C です。平均値を求めなさい。
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結果は 29.5 °C です。既知：反復測定温度 29.2 および 29.8 度C。平均 = (29.2 + 29.8) / 2 = 29.5 度C。反復測定はどちらも保持され、記録された理由がない限り除外してはいけません。
結論とその限界を確認する
- 独自に濃縮した原液を調製したり、混合物を加熱してピークを強制的に作ったり、記録なしで不都合な反復結果を除外したりしない。加えた体積が増えると、反応物の量と総液体体積の両方が変化するため、グラフはモルあたりの反応エネルギーの単純な指標にはならない。ここでは熱容量の計算は不要である。結合切断の説明は別冊のHigherコースで扱う。
- 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。
アルカリ量グラフの下降部分は、中和反応が吸熱化したことを示すという主張は誤りである。ピークは正確な中和点を示しており、それ以降の下降は追加のアルカリによる希釈および冷却のためである。反応自体は常に発熱的であり、下降部分は混合および熱散逸に過ぎず、吸熱転換を示すものではない。
必須実践 4：溶液内の温度変化の調査：各添加後、蓋を戻し、軽く攪拌して最高温度を記録する。新しい開始溶液を用いて調査全体を繰り返し、各添加体積ごとに平均を計算する。平均温度を加えた総アルカリ体積に対してプロットする。上昇部と下降部の適切な近似曲線を引き、その交点を推定する。離散的な読み取り値の間のピークを推定するものであり、すべてのノイズを含む点を結んで最大測定値を正確な値とするものではない。
アルカリ体積グラフの下降部分は、中和反応が吸熱反応になったことを示す。
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ピークは正確な中和点を示します。それ以降、過剰な塩基が希釈・冷却作用を示すためグラフは下降します。反応自体は終始発熱性ですが、下降部分は混合および熱損失であり、吸熱転換ではありません。
最終または最大温度から明記された初期温度を引いた値：技術用語を書け。
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温度変化とは、最終または最大温度から明記された初期温度を引いた値のことである。