食鹽（NaCl）真的可以“運(yùn)”冰嗎？

龔偉+汪芳芳+陳世琴

摘要：文章由某電視劇情節(jié)食鹽“運(yùn)”冰引發(fā)思考，實(shí)驗(yàn)證明此過程是可以實(shí)現(xiàn)的，但需滿足一定的成功因素；希望學(xué)生能借此養(yǎng)成質(zhì)疑態(tài)度、形成科學(xué)探究精神、全面提高自身科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：食鹽（NaCl）“運(yùn)”冰；實(shí)驗(yàn)探究；蒸氣壓；科學(xué)素養(yǎng)

文章編號：1008—0546（2017）11—0092—02 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.030

一、問題提出

近來有部電視劇中有這樣一段情節(jié)：女主角被他人刁難“運(yùn)”冰，眾人均都束手無策。女主角靈機(jī)一動，在冰塊上放上一根細(xì)線，并撒上食鹽，不一會就將冰從一個碗里“運(yùn)”到另一個碗里。

想必看到這一片段，很多人可能會跟筆者一樣在思考：在日常生活中，氯化鈉常被用作融雪劑，以保證道路通暢。可作為融雪劑的氯化鈉為什么能“運(yùn)”冰呢？氯化鈉在整個過程中起了什么作用，是什么原因使細(xì)線粘著在冰上？該過程成功的影響因素有哪些？基于以上思考，筆者進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究與思考。

二、實(shí)驗(yàn)探究

筆者通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，得知影響氯化鈉“運(yùn)”冰的因素可能與“氯化鈉質(zhì)量”“提冰方式”“鋪撒氯化鈉方式”“融雪時間”等有關(guān)。同時，又考慮到無水硫酸鈉、無水氯化鈣等可與水形成結(jié)晶水合物的無機(jī)鹽是否也能實(shí)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)。因此，筆者采用控制變量法開展系列實(shí)驗(yàn)，以探究“運(yùn)”冰的最佳條件。

1.實(shí)驗(yàn)藥品及器材

氯化鈉（NaCl）、無水硫酸鈉固體（Na₂SO₄）、氯化鈣固體（CaCl₂）、蒸餾水、果凍殼、細(xì)線、表面皿、秒表

2.實(shí)驗(yàn)過程及現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：取2mL蒸餾水于若干干燥潔凈的果凍殼內(nèi)并置于冰箱中冰凍待其結(jié)冰。取出冰塊置于潔凈表面皿上，并在各冰塊上均放上一根相同材質(zhì)、相同長短的細(xì)線。

（1）氯化鈉質(zhì)量

實(shí)驗(yàn)：分別稱量0.1g、0.2g、0.3g氯化鈉固體撒在細(xì)線上，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

現(xiàn)象：過一段時間后，0.2g氯化鈉用量的實(shí)驗(yàn)效果最佳，冰塊能較為順利地被提起。

（2）提冰方式

實(shí)驗(yàn)：稱量0.2g氯化鈉固體撒在細(xì)線上，分別選取細(xì)線與冰面成90。的垂直方向（圖1甲）和細(xì)線沿著表面皿表面方向（圖1乙）兩種方式提冰，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

現(xiàn)象：過一段時間后，細(xì)線沿著表面皿表面方向的實(shí)驗(yàn)效果較佳。

（3）鋪撒氯化鈉方式

實(shí)驗(yàn)：稱量0.2g氯化鈉固體撒在細(xì)線上，分別選取沿著細(xì)線均勻鋪撒（圖2甲）和集中在細(xì)線一處成堆（圖2乙）兩種方式鋪撒，拉細(xì)線沿著表面皿表面提取冰塊，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

現(xiàn)象：一段時間后，氯化鈉固體集中在細(xì)線一處成堆鋪撒的實(shí)驗(yàn)效果較佳。

（4）融雪時間

實(shí)驗(yàn)：稱量0.2g氯化鈉固體撒在細(xì)線上，分別選取20s、40s、60s、80s、100s等5個融雪時間間隔作為探究條件，細(xì)線沿著表面皿表面方向提取冰塊，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（注：融雪時間是指從撒完氯化鈉到提取冰塊的時間間隔）

現(xiàn)象：融雪時間為60s、80s的實(shí)驗(yàn)效果較好，80s的實(shí)驗(yàn)效果最佳。

（5）其他鹽類物質(zhì)

實(shí)驗(yàn)：分別稱量0.2g無水硫酸鈉固體、氯化鈣固體集中撒在細(xì)線上，一段時間后，拉細(xì)線沿著表面皿表面提取冰塊，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

現(xiàn)象：無水硫酸鈉固體、氯化鈣固體均可以成功“運(yùn)”冰。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

（1）“運(yùn)”冰成功的原因

氯化鈉常用于融雪劑的原因是：氯化鈉溶解于雪水形成鹽溶液，鹽溶液的凝固點(diǎn)較純水低。鹽溶液表面水分子的許多位置被氯化鈉（鹽）所占據(jù)，即雪與空氣的接觸面積減小，進(jìn)而使得液相的蒸氣壓下降。當(dāng)蒸氣壓不等的兩相接觸時，蒸氣壓大的一相轉(zhuǎn)化為蒸氣壓小的一相，冰由于其蒸氣壓大于鹽溶液的蒸氣壓而不斷融化。

本實(shí)驗(yàn)中，氯化鈉成功“運(yùn)”冰是由于氯化鈉融冰吸熱，使得部分水重新凝結(jié)成冰，進(jìn)而可以將細(xì)線附著或嵌入冰中。“融雪”和“結(jié)冰”是兩個對立統(tǒng)一的過程，但也可以通過控制一些條件使得化學(xué)反應(yīng)朝著人們需要的方向進(jìn)行，本實(shí)驗(yàn)正是探究了“運(yùn)”冰的最佳條件。

（2）最優(yōu)條件及相關(guān)因素討論

通過實(shí)驗(yàn)得到“運(yùn)”2g冰的最優(yōu)條件：稱量0.2g氯化鈉，將其集中撒在冰塊邊緣處成堆，融雪時間為80s，沿著表面皿表面方向提取冰塊，可以成功“運(yùn)”冰。

Ⅰ.氯化鈉質(zhì)量：加入氯化鈉的質(zhì)量少，則融雪速率慢，凝結(jié)速率慢，導(dǎo)致細(xì)線無法粘著和嵌入冰中；加入氯化鈉的質(zhì)量多，冰塊溶解過多，使細(xì)線粘著部分也融化，實(shí)驗(yàn)無法成功。因此，氯化鈉質(zhì)量為0.2g時“運(yùn)”2g冰最佳；

Ⅱ.提冰方式：當(dāng)細(xì)線與冰面處于90°時，細(xì)線與冰間的粘著易被破壞，實(shí)驗(yàn)失敗；當(dāng)細(xì)線沿著表面皿表面方向提取冰塊時，一定程度上保護(hù)了細(xì)線與冰間的粘連，致使實(shí)驗(yàn)成功率提高；

Ⅲ.鋪撒氯化鈉方式：氯化鈉集中撒在一處使該處冰較快融化，吸熱速率大，因此在氯化鈉集中的邊緣處少量溶解的水重新凝結(jié)速率較快，且與均勻鋪撒相比凝結(jié)成冰的質(zhì)量較大，使細(xì)線嵌入程度較高，進(jìn)而實(shí)驗(yàn)成功；

Ⅳ.融雪時間：時間短則導(dǎo)致冰溶解吸收的熱量無法使水重新凝結(jié)成較多和堅(jiān)固的冰，不能支持細(xì)線與冰塊間形成緊密粘著；時間過長，重新凝結(jié)的冰會在鹽的作用下重新融化，同樣也會使提冰失敗；

Ⅴ.其他鹽類物質(zhì)：由于無水硫酸鈉固體和氯化鈣固體兩者可與水結(jié)合形成結(jié)晶水合物，將線夾在結(jié)晶水合物和冰中，與氯化鈉“運(yùn)”冰效果一致。

三、基于“食鹽‘運(yùn)冰”影視片段的反思

1.引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成質(zhì)疑和批判的態(tài)度

生活中處處蘊(yùn)含著科學(xué)，而取材于生活的文學(xué)影視作品更是伴隨著科學(xué)的身影。學(xué)生已經(jīng)較為熟悉“氯化鈉用作融雪劑”，已有的知識經(jīng)驗(yàn)可能使其不能夠內(nèi)化“食鹽‘運(yùn)冰”這一情節(jié)，按照皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論學(xué)生應(yīng)該產(chǎn)生認(rèn)知沖突。而在實(shí)際情況下，很多人看到這一情節(jié)時只是欣賞故事情節(jié)的跌宕起伏，而沒有深究情節(jié)背后的科學(xué)原理。顯然，我們正確的做法應(yīng)該是，引導(dǎo)學(xué)生在欣賞故事引人入勝情節(jié)的時候，帶著質(zhì)疑和批判的視角，思考故事的合理性和科學(xué)性，嚴(yán)謹(jǐn)對待科學(xué)現(xiàn)象和問題，養(yǎng)成辯證分析問題的態(tài)度。

2.培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)探究的精神

質(zhì)疑和批判是發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的前提，科學(xué)探究是解決問題的手段。僅有了質(zhì)疑和批判的精神是不夠的，必須把這種精神轉(zhuǎn)化為科學(xué)探究的行動。我們在日常教學(xué)中不僅要對學(xué)生強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究的重要性，更是要學(xué)生明白科學(xué)探究是我們探究未知、解決問題的方法，掌握科學(xué)探究的方法；在此基礎(chǔ)上上升到方法論層面上，時刻用質(zhì)疑和批判的眼光去看待生活中的現(xiàn)象與問題，養(yǎng)成科學(xué)探究精神，不斷認(rèn)識、探索真實(shí)的世界。

3.不斷提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

科學(xué)素養(yǎng)是人們進(jìn)行決策、參與社會事務(wù)的必要能力，“PISA 2015科學(xué)素養(yǎng)測試框架”也指出科學(xué)素養(yǎng)由背景、知識、能力、態(tài)度4者構(gòu)成。我們化學(xué)教學(xué)的任務(wù)不僅僅是交給學(xué)生幾個物質(zhì)的名稱、幾個化學(xué)方程式、幾條孤零零的化學(xué)規(guī)律，而是引導(dǎo)學(xué)生能夠以化學(xué)的視角看待生活，深化化學(xué)知識、增強(qiáng)探究能力、形成科學(xué)態(tài)度，全面提高自身的科學(xué)素養(yǎng)，形成質(zhì)疑和批判一科學(xué)探究一提高科學(xué)素養(yǎng)的個人成長機(jī)制，為適應(yīng)未來生活和改造世界奠定基礎(chǔ)。

四、結(jié)語

本文的實(shí)驗(yàn)探究較參考文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)在難度上與趣味性有所遜色，但本文更注重探討實(shí)驗(yàn)的育人真諦：引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)世界中去感知科學(xué)的存在，培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，為其未來發(fā)展充分準(zhǔn)備著。同時，筆者也希冀廣大一線化學(xué)教師能為課程而“大作功夫”，努力做到培養(yǎng)學(xué)生的“知識”“能力”“思想”“情感”的多維統(tǒng)一。endprint