“外因與溶解速率的關系”演示實驗

王慶蘭 周 艷 關 明

一、實驗設計思路

溶液是中學化學重點知識內容之一。

當V1＞V2，溶解；V1＜V2，結晶；V1＝V2，溶解平衡。

溶液中的溶解平衡受溫度、濃度的影響而變化。但是，這些變化在教學實驗中學生不易直接觀察到，影響了學生對知識的理解和掌握。

其二，物質的溶解速率：

(1)溫度的變化影響固體物質的溶解速率，即大多數固體的溶解隨溫度的升高而增大，溶解速率加快。(2)溶液的濃度影響固體物質的溶解速率，即固體物質在飽和溶液、不飽和溶液、水中的溶解速率不同，分別為不溶、慢、快。(3)不同顆粒的同種物質溶于水的速率不同，即一般情況下，固體物質的顆粒越小，其溶解速率越快，等等。

溶液上述性質的實驗展示在教材和教學中都不太明顯和充分，學生只能在試管或燒杯中觀察到固體物質逐漸減少或消失的過程，不易引起學生對溶液知識的學習興趣和理解掌握。

設計制作“外因與溶解速率的關系演示器”，就是為了能使學生用直觀、對比的方法探究物質的溶解速率與外因之間的關系，用以彌補教學實驗方法和技術的不足；增強實驗的直觀效果和趣味性，激發(fā)學生學習化學的積極性，幫助學生牢固掌握固體物質溶解的性質，提高化學實驗教學展示效果。

利用“外因與溶解速率的關系演示器”進行實驗，可以演示溫度對物質溶解速率的影響(例如：比較固體硝酸鉀或硫酸銅晶體分別在不同溫度的水中溶解速率情況)；還可以演示不同顆粒的同種物質溶于水的速率情況(例如：比較不同顆粒的硫酸銅晶體溶于水的速率)；還可以演示比較不同物質在水中溶解速率(例如：硝酸鉀、氯化鈉、硫酸銅晶體分別在相同溫度的水中溶解速率的比較)；等等。

二、實驗原理

“外因與溶解速率的關系”實驗設計，是根據物理學中的浮力原理，利用塑料球上半球含空氣、下半球含固體物質(溶解后充滿水)的原理起到下沉、上浮的實驗現(xiàn)象。將3個盛有固體物質(相同質量)的帶孔、帶磁鐵的塑料球，分別沉入盛有相同體積、不同溫度的水的燒杯中，當固體物質逐漸溶解后，塑料球先后浮上液面。為了便于觀察，激發(fā)學生學習興趣，利用傳感器(干簧管)、音響卡等電子元件組成聲、光、電自控電路，當帶磁鐵的塑料球接觸傳感器，即開通了電路，使發(fā)光二極管發(fā)光、音響卡奏響。由于3個塑料球中的固體物質在不同條件下溶解速率不同，發(fā)光二極管的發(fā)光、音響卡奏響的時間不同，實驗效果非常明顯，使學生極易觀察和感受到固體物質溶解的實驗過程，提高實驗教學效果，幫助學生了解、掌握固體物質的溶解速率與外因之間的關系。

三、實驗用品

儀器：外因與溶解速率的關系演示器，3只100 mL燒杯，3個帶孔、帶磁鐵的塑料球(或帶孔、不帶磁鐵的塑料球)，低壓電源等。

試劑：硝酸鉀，硫酸銅晶體，水(冷、熱)，稀硫酸等。

四、實驗裝置

實驗裝置示意圖如圖1所示。

圖1 外因與溶解速率的關系演示器示意圖

圖2 外因與溶解速率的關系演示器實物圖

五、實驗步驟

(1)將外因與溶解速率的關系演示器接通電源，并關閉電源開關。

(2)將盛有相同體積、不同溫度的水的3只燒杯分別放在演示器3個傳感器的下方。

(3)打開電源開關。

(4)將盛有相同質量硝酸鉀(2 g)的3個帶孔、帶磁鐵的塑料球，同時放入3個盛有不同溫度水的燒杯中，觀察現(xiàn)象。

可以觀察到：3個盛有固體物質的帶孔、帶磁鐵的塑料球，分別同時沉入盛有不同溫度的水下，當固體物質逐漸溶解后，塑料球先后浮上液面。水溫高的燒杯中的塑料球先上浮，發(fā)光二極管先發(fā)亮、音響卡先奏響；水溫低的燒杯中的塑料球最后上浮，發(fā)光二極管最后發(fā)亮、音響卡最后奏響。根據實驗現(xiàn)象，讓學生加以解釋。

(5)同理，可以應用本儀器演示不同顆粒的相同物質在水中的溶解速率，以及比較不同固體物質在水中的溶解速率等。

圖3

(6)用簡易裝置比較固體物質的溶解速率。適用于學生分組實驗。

簡易裝置如圖3所示。塑料球帶孔、不帶磁鐵。

具體操作如下：

在3只燒杯中分別盛放等量的水(不同溫度或同溫)、分別同時放入3個帶孔塑料球(盛裝相同顆粒度、相同質量的固體物質或不同顆粒度、相同質量的固體物質，以及相同質量的不同固體物質等)。同樣可以觀察比較外因對固體物質溶解速率的影響。

六、實驗說明

(1)帶孔、帶磁鐵的塑料球是用中藥丸外殼制作而成。

制作方法：用物理膠將小磁鐵粘牢在塑料球內上方；將細鐵絲燒紅后，在塑料球下半部扎透多個小孔；并在塑料球內下方粘牢一定質量的銅絲(或厚銅片)作為配重，以保證塑料球磁鐵一端始終朝上以及減少固體試劑的用量。

(2)對比實驗中，水溫不宜相差較大，用以縮短實驗的時間，提高課堂效率。同理，實驗中，固體試劑的用量不易過大，可以用配重的方法減少固體試劑的用量，以節(jié)省實驗的時間，并可以節(jié)約藥品，減少浪費。

(3)外因與溶解速率的關系演示器可以運用對比方式展示多項溶液知識點，填充了無實驗的空白，提高了自制教具的實驗功能，而且實驗操作簡便、安全，使學生在觀察和感受實驗的過程中，加深對固體物質溶解的理解和掌握。提高課堂教學效率效果，并實現(xiàn)了啟發(fā)引導學生創(chuàng)新意識的教育作用。