利用手機傳感器探究溫度對氫氧化鈣溶解性的影響

徐迪

一、問題的提出

在滬教版九年級化學第六章第三節“物質的溶解性”一課中，教材，上介紹了對于多數固體物質，溫度越高，在水中的溶解能力越強，而氫氧化鈣則相反，溫度越高，在水中的溶解能力越弱。對于這樣的結論，僅讓學生記憶顯然印象不夠深刻。無論是從學生課堂練習還是單元測試的反饋來看，學生往往會忽視氫氧化鈣溶解性隨溫度升高而減弱的特殊性。

如果在課堂上給學生演示加熱氫氧化鈣飽和溶液的實驗呢？根據氫氧化鈣的溶解度數據計算，室溫時100g氫氧化鈣飽和溶液加熱后能析出0.1g左右的氫氧化鈣固體（如圖1所示），溶液變渾濁的現象不明顯，實驗演示效果不佳。

怎樣能讓學生直觀地感受到氫氧化鈣飽和溶液加熱后會有固體析出，從而說明氫氧化鈣溶解性隨溫度升高而減弱呢？利用光照度傳感器可以解決這一問題。

二、實驗的改進

1.實驗原理

光照度傳感器對光線強弱的靈敏度較高，可測出光線分別透過溶液和懸濁液后光照強度數值的變化。加熱氫氧化鈣的飽和溶液，氫氧化鈣由于溶解度減小而析出少量固體，這些細小的固體顆粒會遮擋部分光線，從而使透過溶液的光照強度減弱。利用手機上的光照度傳感器和Sensor SenseAPP（安卓）可以測出這一光照度數值的變化。

2.儀器和藥品

藥品：氫氧化鈣固體、蒸餾水、無色透明的縫紉機油。

儀器：托盤天平、50mL燒杯、500mL燒杯、250mL平底燒瓶、膠塞、石棉網、酒精燈、打火機、溫度計、三腳架、安裝有傳感器APP（Sensor Sense）的安卓智能手機。

3.操作步驟

（1）飽和氫氧化鈣溶液的制備

用托盤天平稱取10g氫氧化鈣固體，放入500mL燒杯中，再加人約300mL蒸餾水。將燒杯放在墊有石棉網的三腳架上用酒精燈加熱。液體沸騰后，小心的將渾濁液體轉移到250mL平底燒瓶中，并迅速塞好膠塞。待液體冷卻至室溫且變澄清后，上層清液即是氫氧化鈣的飽和溶液。

煮沸的目的在于使氫氧化鈣溶液中溶解的氣體逸出，避免在加熱液體測光照度時有氣泡冒出，從而影響實驗結果。

（2）加熱氫氧化鈣飽和溶液測光照度變化用50mL潔凈的小燒杯取約30mL的氫氧化鈣飽和溶液，滴人無色透明的縫紉機油使其在液面上形成一層油膜（將縫紉機油滴人氫氧化鈣飽和溶液，可以起到隔絕空氣避免二氧化碳與氫氧化鈣發生反應并防止加熱時水分蒸發的作用）。將小燒杯置于手機光照傳感器上，使小燒杯底部中心位置對準傳感器，測出20時的光照度數值。然后把小燒杯置于石棉網上，將溫度計插人氫氧化鈣飽和溶液中，用酒精燈加熱至約70C時取下小燒杯，用干凈的抹布將燒杯底部擦凈，放在手機光照傳感器上，使小燒杯底部中心位置對準傳感器，測出此時光照度數值。

4.實驗數據及結論（見表1）

因光照度數值受光源和傳感器靈敏度影響，此結果僅為參考。

加熱后相同強度光線透過氫氧化鈣飽和溶液的光照度明顯降低，可以得出氫氧化鈣飽和溶液加熱后有固體析出的結論，說明氫氧化鈣的溶解性隨溫度的升高而減弱。

三、實驗的反思

數字傳感器有多種類型，如溫度傳感器、電導率傳感器、pH傳感器等。本實驗沒有選用電導率傳感器和pH傳感器，主要是因為pH和電導率本身易受溫度變化的影響，在實驗中不能得出準確的結論。而選用安裝好傳感器APP（Sensor Sense）的智能手機代替傳統的數字傳感器，是因為其操作方便，更貼近生活。現在的智能手機至少集成了6種～7種傳感器，比如：壓強傳感器、聲音傳感器、距離傳感器、加速度傳感器、光照度傳感器等。

利用手機的光照度傳感器，把氫氧化鈣溶解性隨溫度升高而減弱的抽象結論變成直觀的實驗現象，既增強了說服力，又引導了學生學會正確、合理地使用智能手機，同時也激發了學生學習化學的興趣，培養了他們觀察實驗、測定數據、分析數據、解釋數據的能力。