何建俊

（江蘇省金壇市洮西中學(xué)江蘇金壇213200）

關(guān)于凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)疑惑和探究

何建俊

（江蘇省金壇市洮西中學(xué)江蘇金壇213200）

學(xué)生低效的學(xué)習(xí)情況與他們不會(huì)對(duì)有關(guān)化學(xué)信息進(jìn)行選擇性注意、化學(xué)學(xué)習(xí)中沒(méi)有養(yǎng)成良好的注意習(xí)慣有關(guān)?；瘜W(xué)教師在教學(xué)中幫助學(xué)生選擇性注意，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，將有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的有效性。

選擇性注意；研究

凝固點(diǎn)降低是指在一定壓力下固態(tài)溶劑與溶液兩相平衡的溫度低于純?nèi)軇┕獭⒁簝上嗥胶獾臏囟?。根?jù)拉烏爾定律[1],在一定溫度下,溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑恼魵鈮号c溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)之積,即P=PB0xxB。固體溶于水后,導(dǎo)致溶液中純?nèi)軇┑恼魵鈮航档?進(jìn)而使溶液的凝固點(diǎn)降低。

一、關(guān)于凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)的疑惑

滬教版初三化學(xué)教材157頁(yè)“活動(dòng)和探究”板塊中,提出了少量固體溶于水,使其凝固點(diǎn)降低的觀點(diǎn),然而,按照教材中提供的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容去操作,往往現(xiàn)象不盡如人意：實(shí)驗(yàn)測(cè)得溶液的凝固點(diǎn)遠(yuǎn)低于理論值；甚至于同種溶液,所測(cè)得的凝固點(diǎn)各不相同。而教材中所提及的“稀的蔗糖水和食鹽水”又給溶液的配置帶來(lái)了難題：稀到什么程度才有利于實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行？

二、實(shí)驗(yàn)探究

1.為何所測(cè)得溶液的凝固點(diǎn)遠(yuǎn)低于理論值，并且相同溶液所測(cè)得的結(jié)果各不相同？

表1

液體凝固的前提是必須到達(dá)凝固點(diǎn)。但是如果液體中缺少足夠的凝結(jié)核,或者液體處于一種極其穩(wěn)定的狀態(tài),都會(huì)導(dǎo)致液體在溫度低于凝固點(diǎn)時(shí)仍不凝固,處于過(guò)冷狀態(tài)[2]。實(shí)驗(yàn)1中的水處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),而且溶液中缺少結(jié)晶核,所以容易處于過(guò)冷狀態(tài)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)1中的水過(guò)冷以后迅速凝固,液體凝固的過(guò)程是一個(gè)放熱的過(guò)程,當(dāng)液體達(dá)到凝固點(diǎn)迅速凝固時(shí)會(huì)存在明顯的升溫。實(shí)驗(yàn)者由觀察到有晶體析出到讀出溫度計(jì)的示數(shù),各人所用時(shí)間不同,而此時(shí)溫度計(jì)的示數(shù)又在迅速地上升。這也是導(dǎo)致測(cè)定同種溶液的凝固點(diǎn)所得結(jié)果各不相同的原因。

2.一種誤差較小的測(cè)定溶液凝固點(diǎn)的方法

為了使凝固點(diǎn)的測(cè)量更準(zhǔn)確,防止溶液過(guò)冷,可在試管中加入一小塊碎瓷片或者碎玻璃片,給溶液提供一些結(jié)晶核。也可以在實(shí)驗(yàn)中在溫度接近0℃時(shí)開(kāi)始稍微震蕩試管使一部分的水分子率先結(jié)冰,形成結(jié)晶核。一旦有一些水分子開(kāi)始結(jié)冰,形成結(jié)晶核,那么以它們?yōu)楹诵暮汀鞍駱印?周?chē)乃肿泳蜁?huì)陸續(xù)結(jié)冰。筆者采用提供結(jié)晶核的方法做了以下實(shí)驗(yàn)。

表2

使用碎瓷片提供結(jié)晶核,很好地解決了溶液的過(guò)冷問(wèn)題,但是將試管放入冰中冷卻,試管中的溶液是處于“外冷內(nèi)熱”的狀態(tài),而開(kāi)始結(jié)冰的位置是在碎瓷片的周?chē)ㄔ嚬艿撞?。由于實(shí)驗(yàn)者在測(cè)量溫度時(shí),把溫度計(jì)下端的玻璃泡置于溶液的中央,并非開(kāi)始結(jié)冰的位置,故溫度計(jì)的示數(shù)會(huì)略高于真實(shí)溫度。

教學(xué)建議：誤差較小的測(cè)定方法——加碎瓷片,二次降溫方法

（1)測(cè)量時(shí)在溶液中加入一小塊碎瓷片,將溫度計(jì)的玻璃泡緊靠碎瓷片。

（2)采用二次降溫：當(dāng)室內(nèi)溫度較高時(shí),可以先將溶液在冰中降溫至接近0℃（一次降溫)；立即取出試管稍加振蕩,使溶液各個(gè)位置的溫度相同,再將試管放回冰中繼續(xù)降溫（二次降溫),以減小因降溫不均而引起的誤差。

表3

3.“稀的蔗糖水和食鹽水”，稀到什么程度最為合適？

由拉烏爾定律可知,溶液中溶質(zhì)含量越高,其純?nèi)軇┑恼魵鈮壕驮降?從而使其凝固點(diǎn)下降的幅度越大。對(duì)于稀溶液來(lái)說(shuō),凝固點(diǎn)降低和溶液成分的存在以下關(guān)系：

△Tf=KfxbB（公式1)

式中,△Tf為凝固點(diǎn)降低值；Kf稱(chēng)為質(zhì)量摩爾凝固點(diǎn)降低常數(shù),其數(shù)值只和溶劑的性質(zhì)有關(guān),單位為K·kg· mol-1（水的Kf為1.86K·kg·mol-1)；bB是溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度,是指1kg溶劑中所含溶質(zhì)的摩爾數(shù)。從公式1也可以看出,在稀溶液中,溶質(zhì)含量越高,其凝固點(diǎn)越低。

而在教材實(shí)驗(yàn)中,由于溶液并非是極稀的,故用公式1所計(jì)算出來(lái)的結(jié)果跟實(shí)驗(yàn)值仍有較大的誤差,應(yīng)以實(shí)驗(yàn)值為準(zhǔn)。

實(shí)驗(yàn)6：使用加碎瓷片,二次降溫的方法,測(cè)定不同溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的食鹽水和蔗糖水的凝固點(diǎn)。

經(jīng)過(guò)多次測(cè)量求平均值,數(shù)據(jù)匯總?cè)缦卤怼?/p>

由表4可知,相同溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的食鹽水和蔗糖水,食鹽水的凝固點(diǎn)較低,這主要是因?yàn)槁然c的相對(duì)分子質(zhì)量較小。相同質(zhì)量的食鹽和蔗糖溶于相同質(zhì)量的水中,食鹽水中的溶質(zhì)微粒較多,其純?nèi)軇┑恼魵鈮狠^低,凝固點(diǎn)較低。故教材中“稀的蔗糖水和食鹽水”使用相同溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的食鹽水和蔗糖水并不適宜。個(gè)人認(rèn)為：凝固點(diǎn)為-3～-4℃的溶液較為合適,太高則現(xiàn)象不夠明顯；太低則降溫時(shí)間較長(zhǎng),且溫度不易達(dá)到。而此溫度范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù),食鹽水為4%～6%,蔗糖水為7%～10%。

表4

三、結(jié)論

初中階段的凝固點(diǎn)降低實(shí)驗(yàn)由于受到知識(shí)深度以及實(shí)驗(yàn)條件的限制,對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確性要求并不高,只需要得到一個(gè)定性的結(jié)論。但是教材中給我們的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不夠具體,很難得到需要的結(jié)論。而做好這個(gè)實(shí)驗(yàn),需要兩個(gè)條件：（1)一種更準(zhǔn)確的測(cè)量溶液凝固點(diǎn)的方法,（2)選擇適當(dāng)濃度的溶液。采用碎瓷片和二次降溫的方法,可以有效地避免溶液的過(guò)冷和溫度計(jì)示數(shù)延時(shí)的問(wèn)題；使用4%～6%的食鹽水和7%～10%的蔗糖水,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。整體實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單,學(xué)生完全可以掌握,更有利于學(xué)生對(duì)于凝固點(diǎn)降低的理解。

[1]傅獻(xiàn)彩等.物理化學(xué)（第五版）上冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，2005：224

[2]華彤文等.普通化學(xué)原理（第3版）[M].北京：北京大學(xué)出版社，2005：38

1008-0546（2011）10-0064-02

G633.8

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10.3969/j.issn.1008-0546.2011.10.032