利用EDIS探究食鹽固體溶于水對沸點的影響

孫維建

摘 要：采用EDIS數字化探究實驗系統，通過普通溫度傳感器實時測量水溶液的沸點，利用加入食鹽后沸點的變化，繪制出曲線，從而得出食鹽固體溶于水形成溶液后，使水的沸點升高的結論。

關鍵詞：EDIS；沸點；實驗改進；普通溫度傳感器

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2016）12-091-2

一、實驗意圖

沸點是液體的飽和蒸汽壓等于外壓時的平衡溫度，當外壓為101.325KPa時的沸點稱為正常沸點。在一定外壓條件下，當溶液中含有不揮發溶質時，溶液的沸點會比純溶劑的沸點高，這種現象叫沸點升高[1]。滬教版化學九年級下冊關于水溶液沸點變化的表述，只有一句話：大量實驗表明，少量的固體物質溶于水，使稀溶液的沸騰溫度升高（高于100℃）[2]。在教學實踐中發現該內容令學生比較費解，而通過EDIS進行實驗，可以讓學生真實感受到水溶液沸點的變化，使原來抽象的結論變得更直觀，更易理解接受。

二、實驗思路

實驗的關鍵是在較短時間內準確的測出沸點。測定沸點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行測定，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，否則易發生爆炸；后者是以沸點測定裝置來進行測定，沸點管制備的要求較高，而且用量少，難度較大，這兩種方法都不適合在課堂教學中演示。借鑒蘇教版物理八上教材中，測定水沸騰時溫度的實驗方法，筆者以食鹽為研究對象，使用EDIS數字化探究實驗系統（簡稱為EDIS），通過普通溫度傳感器檢測溫度，并實時完成轉換，將模擬信號轉換為數字信號傳輸到數據采集處理器（LABPRO），數據采集器對數字信號進行進一步處理，實時傳輸給計算機，最終以曲線的形式呈現實驗結果。

三、實驗方案

1.儀器和藥品：酒精噴燈、燒杯、藥匙、EDIS數字化探究實驗系統、普通溫度傳感器、計算機、食鹽

2.實驗過程：（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）當普通溫度傳感器讀數達到90℃時，點擊開始按鈕；

（4）待普通溫度傳感器讀數維持20秒不變，加入一平勺食鹽固體；

（5）待普通溫度傳感器讀數維持20秒不變，再加入一平勺食鹽固體；

（6）如此重復幾次后，點擊停止按鈕，從而得出圖像（圖2）。

3.實驗分析

實驗得到的圖像不是平滑的曲線，在實驗的過程中，普通溫度傳感器的讀數一直在變化，分析的原因可能有：（1）燒杯是敞口的，很難密封，壓強應該會有影響；（2）燒杯是玻璃制品，熱量的散失會比較快，導致溫度很難維持不變等。筆者嘗試過將250mL熱水放入500mL燒杯中重復上述實驗，并未出現暴沸的現象，普通溫度傳感器的讀數維持在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開始上升，最終接近理論上的100℃，需要等待較長的時間才能使溫度恒定，因此在課堂教學中該方案缺乏可操作性，有待改進。

四、實驗改進

1.儀器和藥品：電磁爐、鐵鍋、勺子、EDIS數字化探究實驗系統、普通溫度傳感器、計算機、食鹽

2.實驗過程：（1）組裝儀器（圖3），將酒精噴燈換成電磁爐，用鐵鍋代替燒杯，仍然用熱水進行實驗，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；（2）當普通溫度傳感器讀數達到75℃時，點擊開始按鈕；（3）當讀數維持20秒不變時，打開鍋蓋，用勺子加入一平勺食鹽，并迅速蓋上鍋蓋；（4）當讀數仍然維持20秒不變時，打開鍋蓋，再加入一平勺食鹽，并迅速蓋上鍋蓋，如此重復實驗，得出圖像（圖4）。

3.實驗分析

由圖像發現隨著加入鹽量的增加，溶液的沸點逐漸增加。打開鍋蓋的一剎那，讀數變小，可能是壓強變小的緣故，加入鹽之后，讀數還會下降一些，但溫度很快會上升，而且比先前的沸騰溫度要高。

五、實驗優點

1.增強了可視性。采用先進的EDIS數字化探究實驗系統來進行實驗，突破傳統實驗手段的限制，取代了傳統的溫度計，不僅測量便捷、數據準確，而且由計算機進行處理，直接形成圖像，省去了描點作圖等環節，直接以曲線的形式得出實驗結果。利用普通溫度傳感器，可以讓學生看到固體物質溶于水形成溶液后，沸點的變化情況，清晰直觀，更加可信。

2.體現了生活化。通過改進，實驗所用的器具基本上都來自廚房，使實驗操作更簡便，也體現了知識來源于生活，用生活中熟悉的場景，幫助學生理解知識、學會知識，而且增強了實驗的趣味性。電磁爐無明火，也使實驗更安全。

3.提高了實驗效率。在課堂實踐中大大縮短了實驗所需要的溫度，而且使形成的圖像更美觀，更有說服力。在鐵鍋中進行實驗，蓋上鍋蓋后，可以使沸騰溫度穩定，在燒杯中進行實驗，一點點微小的變化都可以改變普通溫度傳感器的讀數，使沸點一直在變化。

4.激發了學生的學習興趣。學生更加關注實驗過程，能積極參與實驗結論的分析與討論，這有利于培養學生綜合分析問題和分析圖表的能力。

5.實現了教學資源的再利用。實驗數據可以保留和重復使用，即使實驗未能成功，也可以讓學生分享成功的實驗數據，這是傳統實驗中無法實現的。

6.促進了學科的融合。借鑒物理實驗來設計化學實驗，引導學生由已知向未知探索。

六、實驗反思

1.筆者沒有測定溶質質量分數與沸點的關系，是因為在加熱沸騰的過程中，溶劑的量會發生改變，溶質的質量分數也會發生改變，從而未能定量得出溶質質量分數與沸點的關系。在實驗中，著重通過增加食鹽的量，讓學生從定性的角度形成感性認識，隨著食鹽量的增加，水溶液的沸點在逐漸升高。

2.教材上說，少量的固體物質溶于水，使稀溶液的沸騰溫度升高（高于100℃）。而在實驗的過程中發現：不僅少量的食鹽固體物質溶于水，使稀溶液的沸騰溫度升高，較多量的食鹽固體物質溶于水，濃溶液的沸騰溫度也會升高，當溶液成過飽和狀態之后，沸騰溫度仍會一直升高。

[參考文獻]

[1]鄧崇海，胡寒梅，邵國泉.稀溶液依數性的相圖解析與應用[J].合肥學院學報（自然科學版），2013（02）.

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