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(shì)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(shì)仍舊可定性的反映出溶解度隨溫度變化的趨勢(shì)。

1008-0546（2011）04-0080-02

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10.3969/j.issn.1008-0546.2011.04.040