利用傳感器探究物質(zhì)的溶解性

符益婷 金惠文

利用傳感器探究物質(zhì)的溶解性

符益婷 金惠文

（常州市田家炳實(shí)驗(yàn)中學(xué)分校江蘇常州213003）

初中化學(xué)《溶液》一章理論性較強(qiáng),概念比較抽象,學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)有困難,所以要借助實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生理解。但其中與物質(zhì)溶解性相關(guān)的實(shí)驗(yàn)較難設(shè)計(jì)；即使是實(shí)際教學(xué)中使用的實(shí)驗(yàn),有的現(xiàn)象也很不明顯。為此,筆者設(shè)計(jì)了三個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)來解決初中教學(xué)遇到的實(shí)際問題。

一、探究不溶性的物質(zhì)在水中是否完全不溶

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

不同的物質(zhì)在水中的溶解性是不同的。不溶性物質(zhì)是否完全不溶？本實(shí)驗(yàn)借助導(dǎo)電率傳感器來探究這個(gè)問題。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)思路

若碳酸鈣能溶解少量在水中,溶解的碳酸鈣能電離出Ca2+和CO32-,離子濃度變大,則測量出的溶液的導(dǎo)電率應(yīng)比蒸餾水的大,可說明碳酸鈣并不是完全不溶于水的。

2.實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

導(dǎo)電率傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)、離心機(jī)、離心試管,碳酸鈣粉末、蒸餾水。

實(shí)驗(yàn)過程

1.測量蒸餾水的導(dǎo)電率。

向一燒杯中加入45 mL蒸餾水,測出水的導(dǎo)電率。

2.測量溶液的導(dǎo)電率。

將碳酸鈣的粉末分散到蒸餾水中,充分?jǐn)嚢?測出溶液的導(dǎo)電率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

_______樣品_______ ______蒸餾水碳酸鈣溶液導(dǎo)電率（μs/cm）4 18

同溫度下,碳酸鈣飽和溶液的導(dǎo)電率比蒸餾水大,說明在溶液中存在Ca2+和CO32-,從而證明碳酸鈣并不是完全不溶于水的。

實(shí)驗(yàn)說明

初中學(xué)生在學(xué)習(xí)物質(zhì)的不溶性時(shí),因?yàn)闆]有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn),學(xué)生沒有直觀感受,容易形成“不溶物就是完全不溶解”的錯(cuò)覺。這給高中學(xué)習(xí)“溶解平衡”時(shí)帶來干擾。但初中學(xué)生已經(jīng)知道如果溶液中存在自由移動(dòng)的離子,溶液就能導(dǎo)電；并且還知道單位體積里的離子數(shù)目增多,溶液的導(dǎo)電性就能增強(qiáng)。因此可以借助導(dǎo)電率傳感器來幫助使學(xué)生形成正確的概念。（實(shí)驗(yàn)使用的是美國威尼爾公司生產(chǎn)的導(dǎo)電率傳感器,因?yàn)樗芸焖贉y量溶液中的離子濃度,因此可以探究電解質(zhì)溶解性的相關(guān)問題。)

二、判斷溶液是否飽和

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

我們往往不能從外顯現(xiàn)象上來判斷某溶液是否飽和,借助導(dǎo)電率傳感器則可以很直觀的解決這個(gè)問題。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)思路

判斷溶液飽和與否,在初中一般的方法是：一定溫度下,向溶液中加入適量的該溶質(zhì),若不再溶解的為該溶質(zhì)的飽和溶液,繼續(xù)溶解的為該溶質(zhì)的不飽和溶液,在接近飽和的溶液里繼續(xù)加溶質(zhì),溶質(zhì)是否發(fā)生溶解較難觀察,對(duì)于氫氧化鈣這樣的微溶物更是如此。所以可以借助導(dǎo)電率傳感器檢測溶液的導(dǎo)電率是否發(fā)生變化,達(dá)到檢測溶質(zhì)是否溶解的目的。若溶質(zhì)沒有溶解,溶液中離子濃度不變,溶液導(dǎo)電率的隨時(shí)間不發(fā)生變化,若溶質(zhì)繼續(xù)溶解,溶液中離子濃度變大,溶液的導(dǎo)電率隨時(shí)間逐漸變大。

2.實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

導(dǎo)電率傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)、電磁攪拌機(jī)、燒杯,氫氧化鈣固體、蒸餾水。

實(shí)驗(yàn)過程

1.配制氫氧化鈣的不飽和溶液。

2.用導(dǎo)電率傳感器判斷溶液是否飽和。

向盛有氫氧化鈣溶液的小燒杯中,逐漸加入適量的氫氧化鈣固體,置于電磁攪拌機(jī)上邊攪拌邊放入已校準(zhǔn)過的導(dǎo)電率傳感器,每隔1秒采集一個(gè)數(shù)據(jù),測溶液的導(dǎo)電率,繪制該溶液導(dǎo)電率與時(shí)間變化的曲線圖。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從圖像上觀察得出,氫氧化鈣溶液的導(dǎo)電率隨時(shí)間不斷變大,說明溶液中離子濃度在變大,溶質(zhì)在繼續(xù)溶解,此時(shí)的氫氧化鈣溶液還沒有飽和；變大到一定程度又趨于平緩,溶質(zhì)不再溶解,此時(shí)的溶液已經(jīng)飽和。

實(shí)驗(yàn)說明

飽和溶液與不飽和溶液概念的理解和判斷,是初中化學(xué)學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。教師應(yīng)借助實(shí)驗(yàn),幫助學(xué)生理解和判斷飽和溶液和不飽和溶液。但不管是演示還是學(xué)生實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都不易觀察,因?yàn)閼{肉眼無法觀察出溶質(zhì)是否有少量的溶解。借助導(dǎo)電率傳感器,通過溶液導(dǎo)電率的變化情況,判斷溶質(zhì)是否溶解,能明顯的觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,幫助學(xué)生理解概念。

三、探究一定量水中氫氧化鈣溶解度隨溫度的變化情況

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

氫氧化鈣溶解度跟溫度呈反比。我們可以利用導(dǎo)電率傳感器和溫度傳感器繪制導(dǎo)電率隨時(shí)間變化的曲線圖,通過清楚的現(xiàn)象得到這個(gè)結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)思路

氫氧化鈣是微溶性物質(zhì),雖然溫度改變,氫氧化鈣在水中的溶解度也發(fā)生改變,但因?yàn)樽兓亢苄?憑肉眼很難判斷。借助導(dǎo)電率傳感器和溫度傳感器檢測不同溫度時(shí)溶液導(dǎo)電率的變化情況,便可達(dá)到檢測目的。溫度升高,氫氧化鈣的溶解度減小,溶液中離子濃度減小,溶液的導(dǎo)電率減小。

2.實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

溫度傳感器、導(dǎo)電率傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)、電磁攪拌機(jī)、燒杯,氫氧化鈣固體、蒸餾水。

實(shí)驗(yàn)過程

1.配制氫氧化鈣的飽和溶液。

2.檢測該溶液的導(dǎo)電率隨溫度升高的變化情況。

將盛有懸濁液的小燒杯,置于電磁攪拌機(jī)上,攪拌加熱。放入導(dǎo)電率傳感器,同時(shí)放入溫度傳感器,每隔1秒采集一組數(shù)據(jù),測溶液的導(dǎo)電率和溫度,并繪出導(dǎo)電率隨時(shí)間變化的曲線圖。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從圖像的趨勢看,溫度升高,氫氧化鈣飽和溶液的導(dǎo)電率變小,說明溶液中離子濃度變小,溶解的氫氧化鈣變少。因此導(dǎo)電率隨溫度的變化情況,能定性反映溶解性隨溫度的變化情況。

實(shí)驗(yàn)說明

導(dǎo)電率本身還受到其他因素的影響,例如溫度。但溫度升高,因?yàn)槿芤旱碾x子粘度降低,離子運(yùn)動(dòng)速度加快,在水溶液中離子水化作用減弱等原因,導(dǎo)電能力增強(qiáng),導(dǎo)電率是變大的。因此雖然溶液導(dǎo)電率受很多因素影響,但導(dǎo)電率隨溫度的變化趨勢仍舊可定性的反映出溶解度隨溫度變化的趨勢。

1008-0546（2011）04-0080-02

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10.3969/j.issn.1008-0546.2011.04.040