快速判断物质溶解时溶液温度的变化

栾增维

摘 要：对鲁教版化学九年级第二单元第四节“判定物质溶解时溶液温度的变化”这一实验进行了改进。通过温度-压力传递的方法改进了物质溶解时溶液温度变化的实验。实验装置非常简单，操作简单易行，而且药品用量少。固体溶解时的放热或吸热现象，能快速通过玻璃管液柱高度判断，实现现象一目了然。通过试管这个“看似简单而又不简单”的装置，使本来看不到的温度变化通过液柱的改变外显出来了，使班级内每个通过同学都能观察到现象，并通过现象获得结论。还有本实验设计的是对比实验，对比实验的判断更有说服力，结果更使人信服。

关键词：溶解放热；溶解吸热；溶液温度；外显；快速判定

引言

在学习鲁教版化学九年级第二单元第四节时[1]，老师为同学们演示了“物质溶解时溶液温度的变化”这一实验。在这个实验过程中，老师分别将等量的固体氯化钠固体、硝酸铵固体和氢氧化钠固体溶于等量蒸馏水中，然后同时用四支温度计来测量蒸馏水以及溶解后溶液的温度，以蒸馏水的温度作为基准，来说明不同的化学药品在溶于水后产生不同的反应热。

但其中的问题是，老师在讲台上做演示实验时，同学们在座位上看不到各温度计显示的温度值，只能听老师读出的温度计数据，实验现象不直观。从而，影响了同学们对溶解放（吸）热这一化学现象的深入理解。

文章对实验进行了改进，设计另外一种实验装置将实验结果一目了然地表现出来，使同学们都能清楚地看到实验所发生的变化，从而能更深刻地理解溶解放（吸）热这一化学现象。

1 实验仪器和药品

实验仪器：量筒4支，试管4支，带有玻璃管的单孔橡皮塞4支，玻璃棒1根，胶头滴管1支，药匙1个，试管架1个，烧杯1个，天平。

实验药品：蒸馏水、红墨水、氯化钠晶体、硝酸铵晶体、氢氧化钠晶体、凡士林。

2 原理与方法

化学反应[2，3]所伴随的能量变化称为反应热，以△H表示。

△H=生成物热含量之和-反应物热含量之和。

吸热反应△H>0，放热反应△H<0。

影响反应热的因素主要包括反应物的多少，反应物或成生物的状态（固态、液态或气态），温度、压力。

一些化学物质溶解入水的过程也可以看做是一个化学反应过程（电离过程和水合过程），同样存在反应热的问题。化学物质溶于水所产生的反应热称为溶解热。溶解热是指在一定的温度及压力下（通常为标准状态，25°C，一个大气压），一摩尔的溶质溶解在大体积的溶剂时所放出或吸收的热量。以kJ/mol为单位。

氯化钠晶体的溶解热为+4kJ/mol、硝酸铵晶体的溶解热为+26.2kJ/mol、氢氧化钠晶体的溶解热为-44.45kJ/mol。即氯化钠晶体和硝酸铵晶体在溶于水后都要吸热，会是溶液的温度降低。但应该注意到，氯化钠的溶解热数值虽为正值，但和硝酸铵和氢氧化钠相比，其溶解热很低。所以，氯化钠溶于水后，溶液的温度变化不会太大。氢氧化钠晶体的溶解热为负值，所以氢氧化钠溶于水是一个放热反应，会是溶液的温度升高。三者相比，氢氧化钠的溶解热数值最大，所以溶解后，氢氧化钠溶液的温度应该有较大幅度的升高。

氯化钠晶体溶于水：

NaCl（s）+H2O→Na+（aq）+Cl-（aq）+H2O+4kJ/mol（1）

硝酸铵晶体溶于水：

NH4NO3（s）+H2O→NH4+（aq）+NO3-（aq）+26.2kJ/mol（2）

氢氧化钠晶体溶于水：

NaOH（s）+H2O→Na+（aq）+OH-（aq）+H2O-44.45kJ/mol）（3）

3 实验过程

文章的主要思想为将蒸馏水倒于试管中，加入溶质，然后用带玻璃管的单孔橡皮塞将试管口塞住。使试管中的空气成为一个密闭的系统。通过玻璃管将大气压传递给试管中的溶液。试管中液面的压力是试管中封闭气体的压力，而试管所插玻璃管中液面的压力为大气压。因为玻璃管是穿过橡皮塞开口向外的。当试管中所密封的气体的压力和外面大气压不一致时，玻璃管中液面的高度会和试管中液面的高度不一致。试管中所封闭气体的温度发生变化时，其中的压力也会随之发生变化。

当固体的化学物质溶于水放热时，试管中封闭的气体被加热，温度升高，气体的压力增大，玻璃管中的液面高度升高。反之，当固体的化学物质溶于水吸热时，试管中封闭的气体温度降温，气体的压力降低，玻璃管中的液面高度降低。

为了能更加清楚地观察到玻璃管中液面的高度变化，文章在蒸馏水中加入红墨水。这样玻璃管中红色液面的高度变化就更加醒目，容易观察。

通常制造红墨水[4]的有机染料有几种：墨水红、一品红、酸性大红G。这些东西都是很不稳定的，因此红墨水还要加入甘油、酒精、甲醛、树胶及抗氧化剂。所以红墨水化学成分比较复杂。其溶于水的过程以及其溶解热等属性也比较复杂。文章使用红墨水量很小，并在事先就加入烧杯中。文章忽略红墨水生热以及其它与之有关的化学过程。

具体实验过程如下：

首先在装有蒸馏水的烧杯中加入1-2滴红墨水，用玻璃棒搅拌，使之变成红色，容易观察。

再分别量取10ml红色蒸馏水于4个量筒中。

然后用天平分别称量10mg氯化钠晶体、硝酸铵晶体和氢氧化钠晶体分别放于三支试管中。

将4个量筒中的蒸馏水依次倒入4个试管中。其中一个试管是空的，其它三支试管分别装有氯化钠晶体、硝酸铵晶体和氢氧化钠晶体。用带玻璃管的橡皮塞将4只试管口塞住。为使橡皮塞有更好的密封性，事先用凡士林涂抹橡皮塞。

轻轻摇晃试管。使其中的固体化学物质完全溶于蒸馏水，并使试管中的空气和溶液有充分的接触。

4 结果与分析

以试管中溶液的液面高度为参照，来观察玻璃管中的液面高度。结果，四只试管中玻璃管中的液面高度都发生了明显的变化。endprint

其中蒸馏水试管中玻璃管液面高度为6.5cm，氯化钠试管中玻璃管液面高度为6.5cm，硝酸铵试管中玻璃管液面高度为6.5cm，氢氧化钠试管中玻璃管液面高度为6.5cm。

表1 实验结果

以上实验结果清楚显示，氢氧化钠溶解放出热量，所以其中玻璃管的液面高度最高。而氯化钠和硝酸铵溶解是吸热，所以其中玻璃管中液面高度要比蒸馏水的液面高度低。因硝酸铵的热解热较高，所以液面降低非常明显。

由于文章使用了红墨水首先将蒸馏水染成红色，所以本次试验中玻璃管中的液面高度一目了然，能够给观察者留下较为深刻的印象（图1）。

文章实验装置非常简单，操作简单易行，药品用量少。固体溶解时的放热或吸热现象，能快速通过玻璃管液柱高度判断，实验时间短。玻璃管内容积较小，使得液柱变化明显。通过试管这个装置，本来看不到的温度变化却通过液柱的改变外显出来了，使班级内每个通过同学都能观察到现象，并通过现象获得结论。还有本试验设计的是对比实验，对比实验的判断更有说服力，结果更使人信服。

关于蒸馏水试管中玻璃管液面的上升。蒸馏水试管中玻璃管液面的上升是因为在使用橡皮塞将试管口塞住后，试管中保留的气体处于封闭状态，且由于橡皮塞的下行，压缩了试管中的空气，造成试管中空气压力的上升。玻璃管中液面的上升体现了试管中压力的增加。由于我们四个橡皮塞是完全一致的，操作方法也是一致的。所以这个相应对4个试管来说是一致的。文章视为背景效果，不影响文章的试验结果。

5 结束语

通过温度-压力传递的方法改进了物质溶解时溶液温度变化的试验。实验装置非常简单，操作简单易行，药品用量少。固体溶解时的放热或吸热现象，能快速通过玻璃管液柱高度判断，实验时间短。玻璃管内容积较小，使得液柱变化明显。通过试管这个装置，本来看不到的温度变化通过液柱的改变外显出来了，使班级内每个通过同学都能观察到现象，并通过现象获得结论。还有本试验设计的是对比实验，对比实验的判断更有说服力，结果更使人信服。

参考文献

[1]曲一线.初中化学九年级（鲁教版）[M].北京：首都师范大学出版社，2012.

[2]廖家耀.普通化学[M].北京：科学出版社，2012.

[3]马家举.普通化学[M].北京：化学工业出版社，2012.

[4]程万里.染料化学[M].北京：中国纺织出版社，2010.endprint

其中蒸馏水试管中玻璃管液面高度为6.5cm，氯化钠试管中玻璃管液面高度为6.5cm，硝酸铵试管中玻璃管液面高度为6.5cm，氢氧化钠试管中玻璃管液面高度为6.5cm。

表1 实验结果

以上实验结果清楚显示，氢氧化钠溶解放出热量，所以其中玻璃管的液面高度最高。而氯化钠和硝酸铵溶解是吸热，所以其中玻璃管中液面高度要比蒸馏水的液面高度低。因硝酸铵的热解热较高，所以液面降低非常明显。

由于文章使用了红墨水首先将蒸馏水染成红色，所以本次试验中玻璃管中的液面高度一目了然，能够给观察者留下较为深刻的印象（图1）。

文章实验装置非常简单，操作简单易行，药品用量少。固体溶解时的放热或吸热现象，能快速通过玻璃管液柱高度判断，实验时间短。玻璃管内容积较小，使得液柱变化明显。通过试管这个装置，本来看不到的温度变化却通过液柱的改变外显出来了，使班级内每个通过同学都能观察到现象，并通过现象获得结论。还有本试验设计的是对比实验，对比实验的判断更有说服力，结果更使人信服。

关于蒸馏水试管中玻璃管液面的上升。蒸馏水试管中玻璃管液面的上升是因为在使用橡皮塞将试管口塞住后，试管中保留的气体处于封闭状态，且由于橡皮塞的下行，压缩了试管中的空气，造成试管中空气压力的上升。玻璃管中液面的上升体现了试管中压力的增加。由于我们四个橡皮塞是完全一致的，操作方法也是一致的。所以这个相应对4个试管来说是一致的。文章视为背景效果，不影响文章的试验结果。

5 结束语

通过温度-压力传递的方法改进了物质溶解时溶液温度变化的试验。实验装置非常简单，操作简单易行，药品用量少。固体溶解时的放热或吸热现象，能快速通过玻璃管液柱高度判断，实验时间短。玻璃管内容积较小，使得液柱变化明显。通过试管这个装置，本来看不到的温度变化通过液柱的改变外显出来了，使班级内每个通过同学都能观察到现象，并通过现象获得结论。还有本试验设计的是对比实验，对比实验的判断更有说服力，结果更使人信服。

参考文献

[1]曲一线.初中化学九年级（鲁教版）[M].北京：首都师范大学出版社，2012.

[2]廖家耀.普通化学[M].北京：科学出版社，2012.

[3]马家举.普通化学[M].北京：化学工业出版社，2012.

[4]程万里.染料化学[M].北京：中国纺织出版社，2010.endprint

其中蒸馏水试管中玻璃管液面高度为6.5cm，氯化钠试管中玻璃管液面高度为6.5cm，硝酸铵试管中玻璃管液面高度为6.5cm，氢氧化钠试管中玻璃管液面高度为6.5cm。

表1 实验结果

以上实验结果清楚显示，氢氧化钠溶解放出热量，所以其中玻璃管的液面高度最高。而氯化钠和硝酸铵溶解是吸热，所以其中玻璃管中液面高度要比蒸馏水的液面高度低。因硝酸铵的热解热较高，所以液面降低非常明显。

由于文章使用了红墨水首先将蒸馏水染成红色，所以本次试验中玻璃管中的液面高度一目了然，能够给观察者留下较为深刻的印象（图1）。

文章实验装置非常简单，操作简单易行，药品用量少。固体溶解时的放热或吸热现象，能快速通过玻璃管液柱高度判断，实验时间短。玻璃管内容积较小，使得液柱变化明显。通过试管这个装置，本来看不到的温度变化却通过液柱的改变外显出来了，使班级内每个通过同学都能观察到现象，并通过现象获得结论。还有本试验设计的是对比实验，对比实验的判断更有说服力，结果更使人信服。

关于蒸馏水试管中玻璃管液面的上升。蒸馏水试管中玻璃管液面的上升是因为在使用橡皮塞将试管口塞住后，试管中保留的气体处于封闭状态，且由于橡皮塞的下行，压缩了试管中的空气，造成试管中空气压力的上升。玻璃管中液面的上升体现了试管中压力的增加。由于我们四个橡皮塞是完全一致的，操作方法也是一致的。所以这个相应对4个试管来说是一致的。文章视为背景效果，不影响文章的试验结果。

5 结束语

通过温度-压力传递的方法改进了物质溶解时溶液温度变化的试验。实验装置非常简单，操作简单易行，药品用量少。固体溶解时的放热或吸热现象，能快速通过玻璃管液柱高度判断，实验时间短。玻璃管内容积较小，使得液柱变化明显。通过试管这个装置，本来看不到的温度变化通过液柱的改变外显出来了，使班级内每个通过同学都能观察到现象，并通过现象获得结论。还有本试验设计的是对比实验，对比实验的判断更有说服力，结果更使人信服。

参考文献

[1]曲一线.初中化学九年级（鲁教版）[M].北京：首都师范大学出版社，2012.

[2]廖家耀.普通化学[M].北京：科学出版社，2012.

[3]马家举.普通化学[M].北京：化学工业出版社，2012.

[4]程万里.染料化学[M].北京：中国纺织出版社，2010.endprint