利用EDIS探究食鹽固體溶于水對(duì)沸點(diǎn)的影響

孫維建

摘 要：采用EDIS數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過普通溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量水溶液的沸點(diǎn)，利用加入食鹽后沸點(diǎn)的變化，繪制出曲線，從而得出食鹽固體溶于水形成溶液后，使水的沸點(diǎn)升高的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：EDIS；沸點(diǎn)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；普通溫度傳感器

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2016）12-091-2

一、實(shí)驗(yàn)意圖

沸點(diǎn)是液體的飽和蒸汽壓等于外壓時(shí)的平衡溫度，當(dāng)外壓為101.325KPa時(shí)的沸點(diǎn)稱為正常沸點(diǎn)。在一定外壓條件下，當(dāng)溶液中含有不揮發(fā)溶質(zhì)時(shí)，溶液的沸點(diǎn)會(huì)比純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)高，這種現(xiàn)象叫沸點(diǎn)升高[1]。滬教版化學(xué)九年級(jí)下冊(cè)關(guān)于水溶液沸點(diǎn)變化的表述，只有一句話：大量實(shí)驗(yàn)表明，少量的固體物質(zhì)溶于水，使稀溶液的沸騰溫度升高（高于100℃）[2]。在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)該內(nèi)容令學(xué)生比較費(fèi)解，而通過EDIS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生真實(shí)感受到水溶液沸點(diǎn)的變化，使原來抽象的結(jié)論變得更直觀，更易理解接受。

二、實(shí)驗(yàn)思路

實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是在較短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確的測(cè)出沸點(diǎn)。測(cè)定沸點(diǎn)常用的方法有常量法（蒸餾法）和微量法，前者是以常壓蒸餾裝置進(jìn)行測(cè)定，蒸餾裝置連接要緊密，不漏氣，出口要與大氣相通，不能形成密封體系，否則易發(fā)生爆炸；后者是以沸點(diǎn)測(cè)定裝置來進(jìn)行測(cè)定，沸點(diǎn)管制備的要求較高，而且用量少，難度較大，這兩種方法都不適合在課堂教學(xué)中演示。借鑒蘇教版物理八上教材中，測(cè)定水沸騰時(shí)溫度的實(shí)驗(yàn)方法，筆者以食鹽為研究對(duì)象，使用EDIS數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（簡稱為EDIS），通過普通溫度傳感器檢測(cè)溫度，并實(shí)時(shí)完成轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集處理器（LABPRO），數(shù)據(jù)采集器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步處理，實(shí)時(shí)傳輸給計(jì)算機(jī)，最終以曲線的形式呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

三、實(shí)驗(yàn)方案

1.儀器和藥品：酒精噴燈、燒杯、藥匙、EDIS數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、普通溫度傳感器、計(jì)算機(jī)、食鹽

2.實(shí)驗(yàn)過程：（1）組裝儀器（圖1）；

（2）將50mL熱水放入100mL燒杯中，用酒精噴燈加熱；

（3）當(dāng)普通溫度傳感器讀數(shù)達(dá)到90℃時(shí)，點(diǎn)擊開始按鈕；

（4）待普通溫度傳感器讀數(shù)維持20秒不變，加入一平勺食鹽固體；

（5）待普通溫度傳感器讀數(shù)維持20秒不變，再加入一平勺食鹽固體；

（6）如此重復(fù)幾次后，點(diǎn)擊停止按鈕，從而得出圖像（圖2）。

3.實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)得到的圖像不是平滑的曲線，在實(shí)驗(yàn)的過程中，普通溫度傳感器的讀數(shù)一直在變化，分析的原因可能有：（1）燒杯是敞口的，很難密封，壓強(qiáng)應(yīng)該會(huì)有影響；（2）燒杯是玻璃制品，熱量的散失會(huì)比較快，導(dǎo)致溫度很難維持不變等。筆者嘗試過將250mL熱水放入500mL燒杯中重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，并未出現(xiàn)暴沸的現(xiàn)象，普通溫度傳感器的讀數(shù)維持在89℃左右，就恒定不變了。用紙片蓋住燒杯口，普通溫度傳感器的讀數(shù)開始上升，最終接近理論上的100℃，需要等待較長的時(shí)間才能使溫度恒定，因此在課堂教學(xué)中該方案缺乏可操作性，有待改進(jìn)。

四、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1.儀器和藥品：電磁爐、鐵鍋、勺子、EDIS數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、普通溫度傳感器、計(jì)算機(jī)、食鹽

2.實(shí)驗(yàn)過程：（1）組裝儀器（圖3），將酒精噴燈換成電磁爐，用鐵鍋代替燒杯，仍然用熱水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將普通溫度傳感器的探頭從鍋蓋上的小孔插入，打開電磁爐開關(guān)；（2）當(dāng)普通溫度傳感器讀數(shù)達(dá)到75℃時(shí)，點(diǎn)擊開始按鈕；（3）當(dāng)讀數(shù)維持20秒不變時(shí)，打開鍋蓋，用勺子加入一平勺食鹽，并迅速蓋上鍋蓋；（4）當(dāng)讀數(shù)仍然維持20秒不變時(shí)，打開鍋蓋，再加入一平勺食鹽，并迅速蓋上鍋蓋，如此重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得出圖像（圖4）。

3.實(shí)驗(yàn)分析

由圖像發(fā)現(xiàn)隨著加入鹽量的增加，溶液的沸點(diǎn)逐漸增加。打開鍋蓋的一剎那，讀數(shù)變小，可能是壓強(qiáng)變小的緣故，加入鹽之后，讀數(shù)還會(huì)下降一些，但溫度很快會(huì)上升，而且比先前的沸騰溫度要高。

五、實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

1.增強(qiáng)了可視性。采用先進(jìn)的EDIS數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段的限制，取代了傳統(tǒng)的溫度計(jì)，不僅測(cè)量便捷、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，而且由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，直接形成圖像，省去了描點(diǎn)作圖等環(huán)節(jié)，直接以曲線的形式得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。利用普通溫度傳感器，可以讓學(xué)生看到固體物質(zhì)溶于水形成溶液后，沸點(diǎn)的變化情況，清晰直觀，更加可信。

2.體現(xiàn)了生活化。通過改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)所用的器具基本上都來自廚房，使實(shí)驗(yàn)操作更簡便，也體現(xiàn)了知識(shí)來源于生活，用生活中熟悉的場(chǎng)景，幫助學(xué)生理解知識(shí)、學(xué)會(huì)知識(shí)，而且增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的趣味性。電磁爐無明火，也使實(shí)驗(yàn)更安全。

3.提高了實(shí)驗(yàn)效率。在課堂實(shí)踐中大大縮短了實(shí)驗(yàn)所需要的溫度，而且使形成的圖像更美觀，更有說服力。在鐵鍋中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，蓋上鍋蓋后，可以使沸騰溫度穩(wěn)定，在燒杯中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一點(diǎn)點(diǎn)微小的變化都可以改變普通溫度傳感器的讀數(shù)，使沸點(diǎn)一直在變化。

4.激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生更加關(guān)注實(shí)驗(yàn)過程，能積極參與實(shí)驗(yàn)結(jié)論的分析與討論，這有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題和分析圖表的能力。

5.實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的再利用。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以保留和重復(fù)使用，即使實(shí)驗(yàn)未能成功，也可以讓學(xué)生分享成功的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中無法實(shí)現(xiàn)的。

6.促進(jìn)了學(xué)科的融合。借鑒物理實(shí)驗(yàn)來設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生由已知向未知探索。

六、實(shí)驗(yàn)反思

1.筆者沒有測(cè)定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與沸點(diǎn)的關(guān)系，是因?yàn)樵诩訜岱序v的過程中，溶劑的量會(huì)發(fā)生改變，溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也會(huì)發(fā)生改變，從而未能定量得出溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與沸點(diǎn)的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)中，著重通過增加食鹽的量，讓學(xué)生從定性的角度形成感性認(rèn)識(shí)，隨著食鹽量的增加，水溶液的沸點(diǎn)在逐漸升高。

2.教材上說，少量的固體物質(zhì)溶于水，使稀溶液的沸騰溫度升高（高于100℃）。而在實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)：不僅少量的食鹽固體物質(zhì)溶于水，使稀溶液的沸騰溫度升高，較多量的食鹽固體物質(zhì)溶于水，濃溶液的沸騰溫度也會(huì)升高，當(dāng)溶液成過飽和狀態(tài)之后，沸騰溫度仍會(huì)一直升高。

[參考文獻(xiàn)]

[1]鄧崇海，胡寒梅，邵國泉.稀溶液依數(shù)性的相圖解析與應(yīng)用[J].合肥學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（02）.

[2]王祖浩等編.義務(wù)教育教科書.化學(xué)（九年級(jí)下冊(cè)）[M].上海：教育出版社，2012.