王慶蘭 周 艷 關(guān) 明

一、實驗設(shè)計思路

溶液是中學(xué)化學(xué)重點知識內(nèi)容之一。

當(dāng)V1＞V2，溶解；V1＜V2，結(jié)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(xué)實驗中學(xué)生不易直接觀察到，影響了學(xué)生對知識的理解和掌握。

其二，物質(zhì)的溶解速率：

(1)溫度的變化影響固體物質(zhì)的溶解速率，即大多數(shù)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(zhì)的溶解速率，即固體物質(zhì)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(zhì)溶于水的速率不同，即一般情況下，固體物質(zhì)的顆粒越小，其溶解速率越快，等等。

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

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

利用“外因與溶解速率的關(guān)系演示器”進(jìn)行實驗，可以演示溫度對物質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(guān)系”實驗設(shè)計，是根據(jù)物理學(xué)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(zhì)(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(zhì)(相同質(zhì)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(dāng)固體物質(zhì)逐漸溶解后，塑料球先后浮上液面。為了便于觀察，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)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(dāng)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(zhì)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(xué)生極易觀察和感受到固體物質(zhì)溶解的實驗過程，提高實驗教學(xué)效果，幫助學(xué)生了解、掌握固體物質(zhì)的溶解速率與外因之間的關(guān)系。

三、實驗用品

儀器：外因與溶解速率的關(guān)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(guān)系演示器示意圖

圖2 外因與溶解速率的關(guān)系演示器實物圖

五、實驗步驟

(1)將外因與溶解速率的關(guān)系演示器接通電源，并關(guān)閉電源開關(guān)。

(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(guān)。

(4)將盛有相同質(zhì)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(zhì)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(dāng)固體物質(zhì)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(jù)實驗現(xiàn)象，讓學(xué)生加以解釋。

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

圖3

(6)用簡易裝置比較固體物質(zhì)的溶解速率。適用于學(xué)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(zhì)量的固體物質(zhì)或不同顆粒度、相同質(zhì)量的固體物質(zhì)，以及相同質(zhì)量的不同固體物質(zhì)等)。同樣可以觀察比較外因?qū)腆w物質(zhì)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(nèi)上方；將細(xì)鐵絲燒紅后，在塑料球下半部扎透多個小孔；并在塑料球內(nèi)下方粘牢一定質(zhì)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(guān)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(xué)生在觀察和感受實驗的過程中，加深對固體物質(zhì)溶解的理解和掌握。提高課堂教學(xué)效率效果，并實現(xiàn)了啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新意識的教育作用。