晶體的熔化和凝固實驗

〔關(guān)鍵詞〕 熔化溫度；結(jié)晶溫度；萘；實驗

〔中圖分類號〕 G633.7〔文獻標識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463（2008）01（B）—0063—01

在“探究——熔化與凝固”一節(jié)教材中，晶體在熔化和凝固過程中溫度保持不變且相等是教材的重點。但在實驗過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題是：①晶體在固液兩相轉(zhuǎn)變過程中，溫度保持不變的時間短且效果不明顯。②晶體的熔化溫度和結(jié)晶溫度不相等，其原因課本也未說明。

一、探究萘的熔化——凝固

實驗裝置如圖1所示，將大約10g萘的粉末裝入一大試管中（實），讓試管底部在燒杯內(nèi)的水中，并使杯內(nèi)水面高出試管內(nèi)的萘約1.5cm。溫度計T₁、T₂分別測萘的溫度和水的溫度。在試管口塞一些棉花減少萘的刺激氣味。

1.萘的熔化：用酒精燈通過石棉網(wǎng)給杯中的水加熱，水再給試管中的萘加熱（緩慢加熱）。當萘的溫度達到約78℃時記錄T₁、T₂隨加熱時間t的變化情況并觀察現(xiàn)象。

根據(jù)實驗記錄，作出萘的熔化曲線，如圖2。曲線A₁B₁段表示在加熱過程中固態(tài)萘的溫度隨加熱時間而升高。當溫度到達80.8℃時，固態(tài)的萘開始熔化，在B₁C₂這一過程中固態(tài)萘越來越少，液態(tài)萘越來越多，雖然萘仍在吸熱（T₂＞T₁），但溫度保持不變。這一溫度是它的實際熔化溫度。直到C₁點固態(tài)萘全部轉(zhuǎn)為液態(tài)萘，C₁D₁段表示液態(tài)萘隨加熱時間增加而溫度升高。

2.萘的凝固：用酒精燈加熱燒杯中的水使萘熔化，且溫度升高到90℃左右，然后取掉酒精燈，停止加熱。讓試管中的萘液通過燒杯中的水緩慢散熱。當液態(tài)萘溫度降到85℃時，記錄T₁、T₂隨散熱時間t的變化并觀察現(xiàn)象。

根據(jù)實驗記錄，作出萘的結(jié)晶曲線如圖所示，曲線A₂B₂表示液態(tài)萘的溫度隨散熱時間逐漸下降。當溫度降到79℃B₂點時，液態(tài)的萘開始結(jié)晶。在B₂C₂這一過程中，可以看到液態(tài)的萘越來越少，固態(tài)的萘越來越多。雖然萘仍然向外散熱（T₁＞T₂），但由于液態(tài)萘到固態(tài)萘的轉(zhuǎn)變過程中有熱量放出。放出的熱量正好和散失的熱量相等，故溫度不變。這一溫度叫萘的實際結(jié)晶溫度。直到C₂點液態(tài)萘全部轉(zhuǎn)為固態(tài)的萘才結(jié)束，即結(jié)晶是在整個B₂C₂段進行的，C₂D₂段表示固態(tài)的萘隨散熱時間增加而溫度下降。

二、影響熔化（結(jié)晶）溫度的其他因素

1）熔化（結(jié)晶）溫度與壓強有關(guān)。熔化時，體積增大的物質(zhì)，它的熔化溫度隨壓強增大而增大，隨壓強減少而減少。這是因為壓強對膨脹有阻礙作用；如果熔化時體積是縮小的，增加壓強會使它的熔化溫度降低。減少壓強會使它的熔化溫度升高。

2）當物質(zhì)中含有雜質(zhì)時，它的熔化（結(jié)晶）溫度也要降低。