利用傳感器探究物質的溶解性

符益婷 金惠文

利用傳感器探究物質的溶解性

符益婷 金惠文

（常州市田家炳實驗中學分校江蘇常州213003）

初中化學《溶液》一章理論性較強,概念比較抽象,學生在學習時有困難,所以要借助實驗幫助學生理解。但其中與物質溶解性相關的實驗較難設計；即使是實際教學中使用的實驗,有的現象也很不明顯。為此,筆者設計了三個相關實驗來解決初中教學遇到的實際問題。

一、探究不溶性的物質在水中是否完全不溶

實驗目的

不同的物質在水中的溶解性是不同的。不溶性物質是否完全不溶？本實驗借助導電率傳感器來探究這個問題。

實驗設計

1.設計思路

若碳酸鈣能溶解少量在水中,溶解的碳酸鈣能電離出Ca2+和CO32-,離子濃度變大,則測量出的溶液的導電率應比蒸餾水的大,可說明碳酸鈣并不是完全不溶于水的。

2.實驗儀器與藥品

導電率傳感器、數據采集器、計算機、離心機、離心試管,碳酸鈣粉末、蒸餾水。

實驗過程

1.測量蒸餾水的導電率。

向一燒杯中加入45 mL蒸餾水,測出水的導電率。

2.測量溶液的導電率。

將碳酸鈣的粉末分散到蒸餾水中,充分攪拌,測出溶液的導電率。

實驗結果

_______樣品_______ ______蒸餾水碳酸鈣溶液導電率（μs/cm）4 18

同溫度下,碳酸鈣飽和溶液的導電率比蒸餾水大,說明在溶液中存在Ca2+和CO32-,從而證明碳酸鈣并不是完全不溶于水的。

實驗說明

初中學生在學習物質的不溶性時,因為沒有相應的實驗,學生沒有直觀感受,容易形成“不溶物就是完全不溶解”的錯覺。這給高中學習“溶解平衡”時帶來干擾。但初中學生已經知道如果溶液中存在自由移動的離子,溶液就能導電；并且還知道單位體積里的離子數目增多,溶液的導電性就能增強。因此可以借助導電率傳感器來幫助使學生形成正確的概念。（實驗使用的是美國威尼爾公司生產的導電率傳感器,因為它能快速測量溶液中的離子濃度,因此可以探究電解質溶解性的相關問題。)

二、判斷溶液是否飽和

實驗目的

我們往往不能從外顯現象上來判斷某溶液是否飽和,借助導電率傳感器則可以很直觀的解決這個問題。

實驗設計

1.設計思路

判斷溶液飽和與否,在初中一般的方法是：一定溫度下,向溶液中加入適量的該溶質,若不再溶解的為該溶質的飽和溶液,繼續溶解的為該溶質的不飽和溶液,在接近飽和的溶液里繼續加溶質,溶質是否發生溶解較難觀察,對于氫氧化鈣這樣的微溶物更是如此。所以可以借助導電率傳感器檢測溶液的導電率是否發生變化,達到檢測溶質是否溶解的目的。若溶質沒有溶解,溶液中離子濃度不變,溶液導電率的隨時間不發生變化,若溶質繼續溶解,溶液中離子濃度變大,溶液的導電率隨時間逐漸變大。

2.實驗儀器與藥品

導電率傳感器、數據采集器、計算機、電磁攪拌機、燒杯,氫氧化鈣固體、蒸餾水。

實驗過程

1.配制氫氧化鈣的不飽和溶液。

2.用導電率傳感器判斷溶液是否飽和。

向盛有氫氧化鈣溶液的小燒杯中,逐漸加入適量的氫氧化鈣固體,置于電磁攪拌機上邊攪拌邊放入已校準過的導電率傳感器,每隔1秒采集一個數據,測溶液的導電率,繪制該溶液導電率與時間變化的曲線圖。

實驗結果

從圖像上觀察得出,氫氧化鈣溶液的導電率隨時間不斷變大,說明溶液中離子濃度在變大,溶質在繼續溶解,此時的氫氧化鈣溶液還沒有飽和；變大到一定程度又趨于平緩,溶質不再溶解,此時的溶液已經飽和。

實驗說明

飽和溶液與不飽和溶液概念的理解和判斷,是初中化學學習的難點。教師應借助實驗,幫助學生理解和判斷飽和溶液和不飽和溶液。但不管是演示還是學生實驗,實驗現象都不易觀察,因為憑肉眼無法觀察出溶質是否有少量的溶解。借助導電率傳感器,通過溶液導電率的變化情況,判斷溶質是否溶解,能明顯的觀察到實驗現象,幫助學生理解概念。

三、探究一定量水中氫氧化鈣溶解度隨溫度的變化情況

實驗目的

氫氧化鈣溶解度跟溫度呈反比。我們可以利用導電率傳感器和溫度傳感器繪制導電率隨時間變化的曲線圖,通過清楚的現象得到這個結論。

實驗設計

1.設計思路

氫氧化鈣是微溶性物質,雖然溫度改變,氫氧化鈣在水中的溶解度也發生改變,但因為變化量很小,憑肉眼很難判斷。借助導電率傳感器和溫度傳感器檢測不同溫度時溶液導電率的變化情況,便可達到檢測目的。溫度升高,氫氧化鈣的溶解度減小,溶液中離子濃度減小,溶液的導電率減小。

2.實驗儀器與藥品

溫度傳感器、導電率傳感器、數據采集器、計算機、電磁攪拌機、燒杯,氫氧化鈣固體、蒸餾水。

實驗過程

1.配制氫氧化鈣的飽和溶液。

2.檢測該溶液的導電率隨溫度升高的變化情況。

將盛有懸濁液的小燒杯,置于電磁攪拌機上,攪拌加熱。放入導電率傳感器,同時放入溫度傳感器,每隔1秒采集一組數據,測溶液的導電率和溫度,并繪出導電率隨時間變化的曲線圖。

實驗結果

從圖像的趨勢看,溫度升高,氫氧化鈣飽和溶液的導電率變小,說明溶液中離子濃度變小,溶解的氫氧化鈣變少。因此導電率隨溫度的變化情況,能定性反映溶解性隨溫度的變化情況。

實驗說明

導電率本身還受到其他因素的影響,例如溫度。但溫度升高,因為溶液的離子粘度降低,離子運動速度加快,在水溶液中離子水化作用減弱等原因,導電能力增強,導電率是變大的。因此雖然溶液導電率受很多因素影響,但導電率隨溫度的變化趨勢仍舊可定性的反映出溶解度隨溫度變化的趨勢。

1008-0546（2011）04-0080-02

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2011.04.040