利用手機(jī)傳感器探究溫度對(duì)氫氧化鈣溶解性的影響

徐迪

一、問(wèn)題的提出

在滬教版九年級(jí)化學(xué)第六章第三節(jié)“物質(zhì)的溶解性”一課中，教材，上介紹了對(duì)于多數(shù)固體物質(zhì)，溫度越高，在水中的溶解能力越強(qiáng)，而氫氧化鈣則相反，溫度越高，在水中的溶解能力越弱。對(duì)于這樣的結(jié)論，僅讓學(xué)生記憶顯然印象不夠深刻。無(wú)論是從學(xué)生課堂練習(xí)還是單元測(cè)試的反饋來(lái)看，學(xué)生往往會(huì)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(xué)生演示加熱氫氧化鈣飽和溶液的實(shí)驗(yàn)?zāi)兀扛鶕?jù)氫氧化鈣的溶解度數(shù)據(jù)計(jì)算，室溫時(shí)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(xiàn)象不明顯，實(shí)驗(yàn)演示效果不佳。

怎樣能讓學(xué)生直觀地感受到氫氧化鈣飽和溶液加熱后會(huì)有固體析出，從而說(shuō)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(wèn)題。

二、實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

1.實(shí)驗(yàn)原理

光照度傳感器對(duì)光線強(qiáng)弱的靈敏度較高，可測(cè)出光線分別透過(guò)溶液和懸濁液后光照強(qiáng)度數(shù)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(xì)小的固體顆粒會(huì)遮擋部分光線，從而使透過(guò)溶液的光照強(qiáng)度減弱。利用手機(jī)上的光照度傳感器和Sensor SenseAPP（安卓）可以測(cè)出這一光照度數(shù)值的變化。

2.儀器和藥品

藥品：氫氧化鈣固體、蒸餾水、無(wú)色透明的縫紉機(jī)油。

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

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(wǎng)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(zhuǎn)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(cè)光照度時(shí)有氣泡冒出，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（2）加熱氫氧化鈣飽和溶液測(cè)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(wú)色透明的縫紉機(jī)油使其在液面上形成一層油膜（將縫紉機(jī)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(fā)生反應(yīng)并防止加熱時(shí)水分蒸發(fā)的作用）。將小燒杯置于手機(jī)光照傳感器上，使小燒杯底部中心位置對(duì)準(zhǔn)傳感器，測(cè)出20時(shí)的光照度數(shù)值。然后把小燒杯置于石棉網(wǎng)上，將溫度計(jì)插人氫氧化鈣飽和溶液中，用酒精燈加熱至約70C時(shí)取下小燒杯，用干凈的抹布將燒杯底部擦凈，放在手機(jī)光照傳感器上，使小燒杯底部中心位置對(duì)準(zhǔn)傳感器，測(cè)出此時(shí)光照度數(shù)值。

4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)論（見(jiàn)表1）

因光照度數(shù)值受光源和傳感器靈敏度影響，此結(jié)果僅為參考。

加熱后相同強(qiáng)度光線透過(guò)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(jié)論，說(shuō)明氫氧化鈣的溶解性隨溫度的升高而減弱。

三、實(shí)驗(yàn)的反思

數(shù)字傳感器有多種類型，如溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器、pH傳感器等。本實(shí)驗(yàn)沒(méi)有選用電導(dǎo)率傳感器和pH傳感器，主要是因?yàn)閜H和電導(dǎo)率本身易受溫度變化的影響，在實(shí)驗(yàn)中不能得出準(zhǔn)確的結(jié)論。而選用安裝好傳感器APP（Sensor Sense）的智能手機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的數(shù)字傳感器，是因?yàn)槠洳僮鞣奖悖N近生活。現(xiàn)在的智能手機(jī)至少集成了6種～7種傳感器，比如：壓強(qiáng)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(jī)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(jié)論變成直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，既增強(qiáng)了說(shuō)服力，又引導(dǎo)了學(xué)生學(xué)會(huì)正確、合理地使用智能手機(jī)，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，培養(yǎng)了他們觀察實(shí)驗(yàn)、測(cè)定數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、解釋數(shù)據(jù)的能力。