利用EDIS探究食盐固体溶于水对沸点的影响

孙维建

摘 要：采用EDIS数字化探究实验系统，通过普通温度传感器实时测量水溶液的沸点，利用加入食盐后沸点的变化，绘制出曲线，从而得出食盐固体溶于水形成溶液后，使水的沸点升高的结论。

关键词：EDIS；沸点；实验改进；普通温度传感器

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2016）12-091-2

一、实验意图

沸点是液体的饱和蒸汽压等于外压时的平衡温度，当外压为101.325KPa时的沸点称为正常沸点。在一定外压条件下，当溶液中含有不挥发溶质时，溶液的沸点会比纯溶剂的沸点高，这种现象叫沸点升高[1]。沪教版化学九年级下册关于水溶液沸点变化的表述，只有一句话：大量实验表明，少量的固体物质溶于水，使稀溶液的沸腾温度升高（高于100℃）[2]。在教学实践中发现该内容令学生比较费解，而通过EDIS进行实验，可以让学生真实感受到水溶液沸点的变化，使原来抽象的结论变得更直观，更易理解接受。

二、实验思路

实验的关键是在较短时间内准确的测出沸点。测定沸点常用的方法有常量法（蒸馏法）和微量法，前者是以常压蒸馏装置进行测定，蒸馏装置连接要紧密，不漏气，出口要与大气相通，不能形成密封体系，否则易发生爆炸；后者是以沸点测定装置来进行测定，沸点管制备的要求较高，而且用量少，难度较大，这两种方法都不适合在课堂教学中演示。借鉴苏教版物理八上教材中，测定水沸腾时温度的实验方法，笔者以食盐为研究对象，使用EDIS数字化探究实验系统（简称为EDIS），通过普通温度传感器检测温度，并实时完成转换，将模拟信号转换为数字信号传输到数据采集处理器（LABPRO），数据采集器对数字信号进行进一步处理，实时传输给计算机，最终以曲线的形式呈现实验结果。

三、实验方案

1.仪器和药品：酒精喷灯、烧杯、药匙、EDIS数字化探究实验系统、普通温度传感器、计算机、食盐

2.实验过程：（1）组装仪器（图1）；

（2）将50mL热水放入100mL烧杯中，用酒精喷灯加热；

（3）当普通温度传感器读数达到90℃时，点击开始按钮；

（4）待普通温度传感器读数维持20秒不变，加入一平勺食盐固体；

（5）待普通温度传感器读数维持20秒不变，再加入一平勺食盐固体；

（6）如此重复几次后，点击停止按钮，从而得出图像（图2）。

3.实验分析

实验得到的图像不是平滑的曲线，在实验的过程中，普通温度传感器的读数一直在变化，分析的原因可能有：（1）烧杯是敞口的，很难密封，压强应该会有影响；（2）烧杯是玻璃制品，热量的散失会比较快，导致温度很难维持不变等。笔者尝试过将250mL热水放入500mL烧杯中重复上述实验，并未出现暴沸的现象，普通温度传感器的读数维持在89℃左右，就恒定不變了。用纸片盖住烧杯口，普通温度传感器的读数开始上升，最终接近理论上的100℃，需要等待较长的时间才能使温度恒定，因此在课堂教学中该方案缺乏可操作性，有待改进。

四、实验改进

1.仪器和药品：电磁炉、铁锅、勺子、EDIS数字化探究实验系统、普通温度传感器、计算机、食盐

2.实验过程：（1）组装仪器（图3），将酒精喷灯换成电磁炉，用铁锅代替烧杯，仍然用热水进行实验，将普通温度传感器的探头从锅盖上的小孔插入，打开电磁炉开关；（2）当普通温度传感器读数达到75℃时，点击开始按钮；（3）当读数维持20秒不变时，打开锅盖，用勺子加入一平勺食盐，并迅速盖上锅盖；（4）当读数仍然维持20秒不变时，打开锅盖，再加入一平勺食盐，并迅速盖上锅盖，如此重复实验，得出图像（图4）。

3.实验分析

由图像发现随着加入盐量的增加，溶液的沸点逐渐增加。打开锅盖的一刹那，读数变小，可能是压强变小的缘故，加入盐之后，读数还会下降一些，但温度很快会上升，而且比先前的沸腾温度要高。

五、实验优点

1.增强了可视性。采用先进的EDIS数字化探究实验系统来进行实验，突破传统实验手段的限制，取代了传统的温度计，不仅测量便捷、数据准确，而且由计算机进行处理，直接形成图像，省去了描点作图等环节，直接以曲线的形式得出实验结果。利用普通温度传感器，可以让学生看到固体物质溶于水形成溶液后，沸点的变化情况，清晰直观，更加可信。

2.体现了生活化。通过改进，实验所用的器具基本上都来自厨房，使实验操作更简便，也体现了知识来源于生活，用生活中熟悉的场景，帮助学生理解知识、学会知识，而且增强了实验的趣味性。电磁炉无明火，也使实验更安全。

3.提高了实验效率。在课堂实践中大大缩短了实验所需要的温度，而且使形成的图像更美观，更有说服力。在铁锅中进行实验，盖上锅盖后，可以使沸腾温度稳定，在烧杯中进行实验，一点点微小的变化都可以改变普通温度传感器的读数，使沸点一直在变化。

4.激发了学生的学习兴趣。学生更加关注实验过程，能积极参与实验结论的分析与讨论，这有利于培养学生综合分析问题和分析图表的能力。

5.实现了教学资源的再利用。实验数据可以保留和重复使用，即使实验未能成功，也可以让学生分享成功的实验数据，这是传统实验中无法实现的。

6.促进了学科的融合。借鉴物理实验来设计化学实验，引导学生由已知向未知探索。

六、实验反思

1.笔者没有测定溶质质量分数与沸点的关系，是因为在加热沸腾的过程中，溶剂的量会发生改变，溶质的质量分数也会发生改变，从而未能定量得出溶质质量分数与沸点的关系。在实验中，着重通过增加食盐的量，让学生从定性的角度形成感性认识，随着食盐量的增加，水溶液的沸点在逐渐升高。

2.教材上说，少量的固体物质溶于水，使稀溶液的沸腾温度升高（高于100℃）。而在实验的过程中发现：不仅少量的食盐固体物质溶于水，使稀溶液的沸腾温度升高，较多量的食盐固体物质溶于水，浓溶液的沸腾温度也会升高，当溶液成过饱和状态之后，沸腾温度仍会一直升高。

[参考文献]

[1]邓崇海，胡寒梅，邵国泉.稀溶液依数性的相图解析与应用[J].合肥学院学报（自然科学版），2013（02）.

[2]王祖浩等编.义务教育教科书.化学（九年级下册）[M].上海：教育出版社，2012.