快速判斷物質溶解時溶液溫度的變化

欒增維

摘 要：對魯教版化學九年級第二單元第四節“判定物質溶解時溶液溫度的變化”這一實驗進行了改進。通過溫度-壓力傳遞的方法改進了物質溶解時溶液溫度變化的實驗。實驗裝置非常簡單，操作簡單易行，而且藥品用量少。固體溶解時的放熱或吸熱現象，能快速通過玻璃管液柱高度判斷，實現現象一目了然。通過試管這個“看似簡單而又不簡單”的裝置，使本來看不到的溫度變化通過液柱的改變外顯出來了，使班級內每個通過同學都能觀察到現象，并通過現象獲得結論。還有本實驗設計的是對比實驗，對比實驗的判斷更有說服力，結果更使人信服。

關鍵詞：溶解放熱；溶解吸熱；溶液溫度；外顯；快速判定

引言

在學習魯教版化學九年級第二單元第四節時[1]，老師為同學們演示了“物質溶解時溶液溫度的變化”這一實驗。在這個實驗過程中，老師分別將等量的固體氯化鈉固體、硝酸銨固體和氫氧化鈉固體溶于等量蒸餾水中，然后同時用四支溫度計來測量蒸餾水以及溶解后溶液的溫度，以蒸餾水的溫度作為基準，來說明不同的化學藥品在溶于水后產生不同的反應熱。

但其中的問題是，老師在講臺上做演示實驗時，同學們在座位上看不到各溫度計顯示的溫度值，只能聽老師讀出的溫度計數據，實驗現象不直觀。從而，影響了同學們對溶解放（吸）熱這一化學現象的深入理解。

文章對實驗進行了改進，設計另外一種實驗裝置將實驗結果一目了然地表現出來，使同學們都能清楚地看到實驗所發生的變化，從而能更深刻地理解溶解放（吸）熱這一化學現象。

1 實驗儀器和藥品

實驗儀器：量筒4支，試管4支，帶有玻璃管的單孔橡皮塞4支，玻璃棒1根，膠頭滴管1支，藥匙1個，試管架1個，燒杯1個，天平。

實驗藥品：蒸餾水、紅墨水、氯化鈉晶體、硝酸銨晶體、氫氧化鈉晶體、凡士林。

2 原理與方法

化學反應[2，3]所伴隨的能量變化稱為反應熱，以△H表示。

△H=生成物熱含量之和-反應物熱含量之和。

吸熱反應△H>0，放熱反應△H<0。

影響反應熱的因素主要包括反應物的多少，反應物或成生物的狀態（固態、液態或氣態），溫度、壓力。

一些化學物質溶解入水的過程也可以看做是一個化學反應過程（電離過程和水合過程），同樣存在反應熱的問題。化學物質溶于水所產生的反應熱稱為溶解熱。溶解熱是指在一定的溫度及壓力下（通常為標準狀態，25°C，一個大氣壓），一摩爾的溶質溶解在大體積的溶劑時所放出或吸收的熱量。以kJ/mol為單位。

氯化鈉晶體的溶解熱為+4kJ/mol、硝酸銨晶體的溶解熱為+26.2kJ/mol、氫氧化鈉晶體的溶解熱為-44.45kJ/mol。即氯化鈉晶體和硝酸銨晶體在溶于水后都要吸熱，會是溶液的溫度降低。但應該注意到，氯化鈉的溶解熱數值雖為正值，但和硝酸銨和氫氧化鈉相比，其溶解熱很低。所以，氯化鈉溶于水后，溶液的溫度變化不會太大。氫氧化鈉晶體的溶解熱為負值，所以氫氧化鈉溶于水是一個放熱反應，會是溶液的溫度升高。三者相比，氫氧化鈉的溶解熱數值最大，所以溶解后，氫氧化鈉溶液的溫度應該有較大幅度的升高。

氯化鈉晶體溶于水：

NaCl（s）+H2O→Na+（aq）+Cl-（aq）+H2O+4kJ/mol（1）

硝酸銨晶體溶于水：

NH4NO3（s）+H2O→NH4+（aq）+NO3-（aq）+26.2kJ/mol（2）

氫氧化鈉晶體溶于水：

NaOH（s）+H2O→Na+（aq）+OH-（aq）+H2O-44.45kJ/mol）（3）

3 實驗過程

文章的主要思想為將蒸餾水倒于試管中，加入溶質，然后用帶玻璃管的單孔橡皮塞將試管口塞住。使試管中的空氣成為一個密閉的系統。通過玻璃管將大氣壓傳遞給試管中的溶液。試管中液面的壓力是試管中封閉氣體的壓力，而試管所插玻璃管中液面的壓力為大氣壓。因為玻璃管是穿過橡皮塞開口向外的。當試管中所密封的氣體的壓力和外面大氣壓不一致時，玻璃管中液面的高度會和試管中液面的高度不一致。試管中所封閉氣體的溫度發生變化時，其中的壓力也會隨之發生變化。

當固體的化學物質溶于水放熱時，試管中封閉的氣體被加熱，溫度升高，氣體的壓力增大，玻璃管中的液面高度升高。反之，當固體的化學物質溶于水吸熱時，試管中封閉的氣體溫度降溫，氣體的壓力降低，玻璃管中的液面高度降低。

為了能更加清楚地觀察到玻璃管中液面的高度變化，文章在蒸餾水中加入紅墨水。這樣玻璃管中紅色液面的高度變化就更加醒目，容易觀察。

通常制造紅墨水[4]的有機染料有幾種：墨水紅、一品紅、酸性大紅G。這些東西都是很不穩定的，因此紅墨水還要加入甘油、酒精、甲醛、樹膠及抗氧化劑。所以紅墨水化學成分比較復雜。其溶于水的過程以及其溶解熱等屬性也比較復雜。文章使用紅墨水量很小，并在事先就加入燒杯中。文章忽略紅墨水生熱以及其它與之有關的化學過程。

具體實驗過程如下：

首先在裝有蒸餾水的燒杯中加入1-2滴紅墨水，用玻璃棒攪拌，使之變成紅色，容易觀察。

再分別量取10ml紅色蒸餾水于4個量筒中。

然后用天平分別稱量10mg氯化鈉晶體、硝酸銨晶體和氫氧化鈉晶體分別放于三支試管中。

將4個量筒中的蒸餾水依次倒入4個試管中。其中一個試管是空的，其它三支試管分別裝有氯化鈉晶體、硝酸銨晶體和氫氧化鈉晶體。用帶玻璃管的橡皮塞將4只試管口塞住。為使橡皮塞有更好的密封性，事先用凡士林涂抹橡皮塞。

輕輕搖晃試管。使其中的固體化學物質完全溶于蒸餾水，并使試管中的空氣和溶液有充分的接觸。

4 結果與分析

以試管中溶液的液面高度為參照，來觀察玻璃管中的液面高度。結果，四只試管中玻璃管中的液面高度都發生了明顯的變化。endprint

其中蒸餾水試管中玻璃管液面高度為6.5cm，氯化鈉試管中玻璃管液面高度為6.5cm，硝酸銨試管中玻璃管液面高度為6.5cm，氫氧化鈉試管中玻璃管液面高度為6.5cm。

表1 實驗結果

以上實驗結果清楚顯示，氫氧化鈉溶解放出熱量，所以其中玻璃管的液面高度最高。而氯化鈉和硝酸銨溶解是吸熱，所以其中玻璃管中液面高度要比蒸餾水的液面高度低。因硝酸銨的熱解熱較高，所以液面降低非常明顯。

由于文章使用了紅墨水首先將蒸餾水染成紅色，所以本次試驗中玻璃管中的液面高度一目了然，能夠給觀察者留下較為深刻的印象（圖1）。

文章實驗裝置非常簡單，操作簡單易行，藥品用量少。固體溶解時的放熱或吸熱現象，能快速通過玻璃管液柱高度判斷，實驗時間短。玻璃管內容積較小，使得液柱變化明顯。通過試管這個裝置，本來看不到的溫度變化卻通過液柱的改變外顯出來了，使班級內每個通過同學都能觀察到現象，并通過現象獲得結論。還有本試驗設計的是對比實驗，對比實驗的判斷更有說服力，結果更使人信服。

關于蒸餾水試管中玻璃管液面的上升。蒸餾水試管中玻璃管液面的上升是因為在使用橡皮塞將試管口塞住后，試管中保留的氣體處于封閉狀態，且由于橡皮塞的下行，壓縮了試管中的空氣，造成試管中空氣壓力的上升。玻璃管中液面的上升體現了試管中壓力的增加。由于我們四個橡皮塞是完全一致的，操作方法也是一致的。所以這個相應對4個試管來說是一致的。文章視為背景效果，不影響文章的試驗結果。

5 結束語

通過溫度-壓力傳遞的方法改進了物質溶解時溶液溫度變化的試驗。實驗裝置非常簡單，操作簡單易行，藥品用量少。固體溶解時的放熱或吸熱現象，能快速通過玻璃管液柱高度判斷，實驗時間短。玻璃管內容積較小，使得液柱變化明顯。通過試管這個裝置，本來看不到的溫度變化通過液柱的改變外顯出來了，使班級內每個通過同學都能觀察到現象，并通過現象獲得結論。還有本試驗設計的是對比實驗，對比實驗的判斷更有說服力，結果更使人信服。

參考文獻

[1]曲一線.初中化學九年級（魯教版）[M].北京：首都師范大學出版社，2012.

[2]廖家耀.普通化學[M].北京：科學出版社，2012.

[3]馬家舉.普通化學[M].北京：化學工業出版社，2012.

[4]程萬里.染料化學[M].北京：中國紡織出版社，2010.endprint

其中蒸餾水試管中玻璃管液面高度為6.5cm，氯化鈉試管中玻璃管液面高度為6.5cm，硝酸銨試管中玻璃管液面高度為6.5cm，氫氧化鈉試管中玻璃管液面高度為6.5cm。

表1 實驗結果

以上實驗結果清楚顯示，氫氧化鈉溶解放出熱量，所以其中玻璃管的液面高度最高。而氯化鈉和硝酸銨溶解是吸熱，所以其中玻璃管中液面高度要比蒸餾水的液面高度低。因硝酸銨的熱解熱較高，所以液面降低非常明顯。

由于文章使用了紅墨水首先將蒸餾水染成紅色，所以本次試驗中玻璃管中的液面高度一目了然，能夠給觀察者留下較為深刻的印象（圖1）。

文章實驗裝置非常簡單，操作簡單易行，藥品用量少。固體溶解時的放熱或吸熱現象，能快速通過玻璃管液柱高度判斷，實驗時間短。玻璃管內容積較小，使得液柱變化明顯。通過試管這個裝置，本來看不到的溫度變化卻通過液柱的改變外顯出來了，使班級內每個通過同學都能觀察到現象，并通過現象獲得結論。還有本試驗設計的是對比實驗，對比實驗的判斷更有說服力，結果更使人信服。

關于蒸餾水試管中玻璃管液面的上升。蒸餾水試管中玻璃管液面的上升是因為在使用橡皮塞將試管口塞住后，試管中保留的氣體處于封閉狀態，且由于橡皮塞的下行，壓縮了試管中的空氣，造成試管中空氣壓力的上升。玻璃管中液面的上升體現了試管中壓力的增加。由于我們四個橡皮塞是完全一致的，操作方法也是一致的。所以這個相應對4個試管來說是一致的。文章視為背景效果，不影響文章的試驗結果。

5 結束語

通過溫度-壓力傳遞的方法改進了物質溶解時溶液溫度變化的試驗。實驗裝置非常簡單，操作簡單易行，藥品用量少。固體溶解時的放熱或吸熱現象，能快速通過玻璃管液柱高度判斷，實驗時間短。玻璃管內容積較小，使得液柱變化明顯。通過試管這個裝置，本來看不到的溫度變化通過液柱的改變外顯出來了，使班級內每個通過同學都能觀察到現象，并通過現象獲得結論。還有本試驗設計的是對比實驗，對比實驗的判斷更有說服力，結果更使人信服。

參考文獻

[1]曲一線.初中化學九年級（魯教版）[M].北京：首都師范大學出版社，2012.

[2]廖家耀.普通化學[M].北京：科學出版社，2012.

[3]馬家舉.普通化學[M].北京：化學工業出版社，2012.

[4]程萬里.染料化學[M].北京：中國紡織出版社，2010.endprint

其中蒸餾水試管中玻璃管液面高度為6.5cm，氯化鈉試管中玻璃管液面高度為6.5cm，硝酸銨試管中玻璃管液面高度為6.5cm，氫氧化鈉試管中玻璃管液面高度為6.5cm。

表1 實驗結果

以上實驗結果清楚顯示，氫氧化鈉溶解放出熱量，所以其中玻璃管的液面高度最高。而氯化鈉和硝酸銨溶解是吸熱，所以其中玻璃管中液面高度要比蒸餾水的液面高度低。因硝酸銨的熱解熱較高，所以液面降低非常明顯。

由于文章使用了紅墨水首先將蒸餾水染成紅色，所以本次試驗中玻璃管中的液面高度一目了然，能夠給觀察者留下較為深刻的印象（圖1）。

文章實驗裝置非常簡單，操作簡單易行，藥品用量少。固體溶解時的放熱或吸熱現象，能快速通過玻璃管液柱高度判斷，實驗時間短。玻璃管內容積較小，使得液柱變化明顯。通過試管這個裝置，本來看不到的溫度變化卻通過液柱的改變外顯出來了，使班級內每個通過同學都能觀察到現象，并通過現象獲得結論。還有本試驗設計的是對比實驗，對比實驗的判斷更有說服力，結果更使人信服。

關于蒸餾水試管中玻璃管液面的上升。蒸餾水試管中玻璃管液面的上升是因為在使用橡皮塞將試管口塞住后，試管中保留的氣體處于封閉狀態，且由于橡皮塞的下行，壓縮了試管中的空氣，造成試管中空氣壓力的上升。玻璃管中液面的上升體現了試管中壓力的增加。由于我們四個橡皮塞是完全一致的，操作方法也是一致的。所以這個相應對4個試管來說是一致的。文章視為背景效果，不影響文章的試驗結果。

5 結束語

通過溫度-壓力傳遞的方法改進了物質溶解時溶液溫度變化的試驗。實驗裝置非常簡單，操作簡單易行，藥品用量少。固體溶解時的放熱或吸熱現象，能快速通過玻璃管液柱高度判斷，實驗時間短。玻璃管內容積較小，使得液柱變化明顯。通過試管這個裝置，本來看不到的溫度變化通過液柱的改變外顯出來了，使班級內每個通過同學都能觀察到現象，并通過現象獲得結論。還有本試驗設計的是對比實驗，對比實驗的判斷更有說服力，結果更使人信服。

參考文獻

[1]曲一線.初中化學九年級（魯教版）[M].北京：首都師范大學出版社，2012.

[2]廖家耀.普通化學[M].北京：科學出版社，2012.

[3]馬家舉.普通化學[M].北京：化學工業出版社，2012.

[4]程萬里.染料化學[M].北京：中國紡織出版社，2010.endprint