測定水、蔗糖水溶液和食鹽水溶液的凝固點活動的疑惑與探究

吉發榮

（蘇州學府實驗學校 江蘇 蘇州 215009）

【課題】測定水、蔗糖水溶液和食鹽水溶液的凝固點

【目的】研究固體物質溶于水后，對溶液的凝固點的影響

【儀器】500mL燒杯、試管、溫度計、玻璃棒、托盤天平、藥匙、量筒、滴管

【操作】

1.在500mL燒杯中加入半杯碎冰，再加入約40mL冷水，混合后再加入20g氯化鈉制成冷凍混合物。

2.取3支試管，分別加入5mL水、稀的蔗糖水和食鹽水（均為5%左右），并在試管中各插入1支溫度計，將3支試管同時插入大燒杯中。

3.觀察現象，并記錄3支試管里液體開始凝固時的溫度。

【查閱資料】部分資料得到的數據為：

冷凍混合物 水 蔗糖水溶液 食鹽水溶液凝固點/℃ -6 0 -2 -3

【分析】

經調查，部分學校此實驗未進行，只是從理論上進行了解釋；部分學校用粗鹽和冰塊來完成此實驗，粗鹽和冰塊的混合物溫度可達零下10多度，觀察稀溶液中出現凝固仍需5-10分鐘。教材實驗中碎冰的溫度和冷水的溫度未知，無法確定，且碎冰的溫度升高很快，還未至蔗糖水溶液和食鹽水溶液結冰，冷凍混合物的溫度已經上升。會不會造成此實驗成功的難度較大？此實驗按課本實驗能成功嗎？觀察的現象是否與資料一致？

【質疑】

按課本圖例，有以下幾個疑問：

1.為什么冰塊沉在底部，液體在上方？

2.溫度計如何來固定？如果不固定，溫度計的玻璃泡接觸到試管底或試管壁，所測的溫度是否有誤？

3.冷凍混合物是否也應該有一溫度計來測定溫度？

4.稀溶液的濃度多大為實驗合理測量值？

5.能否可以用硝酸銨溶解降溫來代替冷凍混合物，獲得低溫環境？

【數據收集和結論】

實驗1：

1.用塑料片或小硬紙片將溫度計固定，使之懸在試管中；

2.大燒杯中插入一溫度計，測定冷凍混合物的溫度；

3.溶液均在5%左右來進行測量，室溫為16℃；

4.碎冰的溫度為-8℃左右，冷水的溫度為0℃。

1min 2min 3min 5min 7min冷凍混合物溫度不變 溫度不變 溫度不變 溫度不變 溫度不變水 —— 開始結冰冰塊較多冰塊較多完全結冰蔗糖水溶液 —— — 開始結冰 冰塊較多 完全結冰食鹽水溶液 —— — 開始結冰 冰塊較多 完全結冰

實驗結論：

蔗糖水溶液 食鹽水溶液凝固點/℃ 0℃ -2℃ -2℃水

【實驗反思】

從此實驗說明，實驗時間仍在控制范圍之內，并不是所想象的那么長，實驗中也發現了部分問題：

1.為了保證實驗溫度，燒杯外最好包一棉布，起保溫作用；

2.實驗觀察時，碎冰是浮在水上的，不是課本所描述的圖像；

3.為了便于觀察，最好將試管貼近燒杯內壁，同時不斷地擦拭燒杯外壁，否則觀察不到試管內液體的變化；

4.臨近冰點時，應適當上下移動玻璃棒，否則會延長結冰時間；

5.液體以1mL左右為佳，實驗時取3mL左右時，時間會延長到8-10 min，其中食鹽水還未觀察到結冰現象。

6.結冰時，溶液溫度的變化是：先迅速下降至冰點以下，在-8℃左右，而開始結冰時，溫度會上升，停留在冰點附近不動，完全結冰后，溫度又逐漸下降，最后與冷凍混合物的溫度相同。

【拓展實驗】

在此實驗基礎上，筆者又進行了兩組實驗，一是實驗時溶液的濃度的影響，二是不同的冰凍混合物對實驗的影響。

實驗2：

1min 2min 3min 4min 5min水 —— 開始結冰 冰塊較多 冰塊較多 完全結冰1%食鹽水溶液 —— 開始結冰 冰塊較多 冰塊較多 完全結冰3%食鹽水溶液 —— 開始結冰 冰塊較多 冰塊較多 完全結冰5%食鹽水溶液—— — 開始結冰 冰塊較多 完全結冰

注：1%食鹽水溶液的結冰時間約為1分20秒，2%食鹽水溶液結冰時間約為2分鐘左右。

實驗結論：隨溶質質量分數的增加，溶液的凝固點較低，耗時較長，在此實驗環境下，溶質質量分數以1%為佳。

實驗3：（均以1%食鹽溶液進行測定）

冷凍混合物 1min 2min 3min 4min 5min碎冰+冷水+食鹽 —— — 開始結冰 冰塊較多 完全結冰碎冰+食鹽 —— — — — 開始結冰硝酸銨 —— — — — —

實驗結論：同等條件下，以“碎冰+冷水+食鹽”的實驗效果為佳，硝酸銨溶于水后則無法觀察到溶液結冰現象。

［1］ 王祖浩.義務教育課程標準實驗教科書（修訂本，九年級，下冊）［M］.上海：上海教育出版社，2010

［2］ 何建俊.關于凝固點降低實驗的幾點疑惑和探究［J］.化學教與學，2011，（10）