孫維建

摘 要：采用EDIS數(shù)字化探究實驗系統(tǒng)，通過普通溫度傳感器實時測量水溶液的沸點，利用加入食鹽后沸點的變化，繪制出曲線，從而得出食鹽固體溶于水形成溶液后，使水的沸點升高的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：EDIS；沸點；實驗改進；普通溫度傳感器

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2016）12-091-2

一、實驗意圖

沸點是液體的飽和蒸汽壓等于外壓時的平衡溫度，當外壓為101.325KPa時的沸點稱為正常沸點。在一定外壓條件下，當溶液中含有不揮發(fā)溶質(zhì)時，溶液的沸點會比純?nèi)軇┑姆悬c高，這種現(xiàn)象叫沸點升高[1]。滬教版化學(xué)九年級下冊關(guān)于水溶液沸點變化的表述，只有一句話：大量實驗表明，少量的固體物質(zhì)溶于水，使稀溶液的沸騰溫度升高（高于100℃）[2]。在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)該內(nèi)容令學(xué)生比較費解，而通過EDIS進行實驗，可以讓學(xué)生真實感受到水溶液沸點的變化，使原來抽象的結(jié)論變得更直觀，更易理解接受。

二、實驗思路

實驗的關(guān)鍵是在較短時間內(nèi)準確的測出沸點。測定沸點常用的方法有常量法（蒸餾法）和微量法，前者是以常壓蒸餾裝置進行測定，蒸餾裝置連接要緊密，不漏氣，出口要與大氣相通，不能形成密封體系，否則易發(fā)生爆炸；后者是以沸點測定裝置來進行測定，沸點管制備的要求較高，而且用量少，難度較大，這兩種方法都不適合在課堂教學(xué)中演示。借鑒蘇教版物理八上教材中，測定水沸騰時溫度的實驗方法，筆者以食鹽為研究對象，使用EDIS數(shù)字化探究實驗系統(tǒng)（簡稱為EDIS），通過普通溫度傳感器檢測溫度，并實時完成轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集處理器（LABPRO），數(shù)據(jù)采集器對數(shù)字信號進行進一步處理，實時傳輸給計算機，最終以曲線的形式呈現(xiàn)實驗結(jié)果。

三、實驗方案

1.儀器和藥品：酒精噴燈、燒杯、藥匙、EDIS數(shù)字化探究實驗系統(tǒng)、普通溫度傳感器、計算機、食鹽

2.實驗過程：（1）組裝儀器（圖1）；

（2）將50mL熱水放入100mL燒杯中，用酒精噴燈加熱；

（3）當普通溫度傳感器讀數(shù)達到90℃時，點擊開始按鈕；

（4）待普通溫度傳感器讀數(shù)維持20秒不變，加入一平勺食鹽固體；

（5）待普通溫度傳感器讀數(shù)維持20秒不變，再加入一平勺食鹽固體；

（6）如此重復(fù)幾次后，點擊停止按鈕，從而得出圖像（圖2）。

3.實驗分析

實驗得到的圖像不是平滑的曲線，在實驗的過程中，普通溫度傳感器的讀數(shù)一直在變化，分析的原因可能有：（1）燒杯是敞口的，很難密封，壓強應(yīng)該會有影響；（2）燒杯是玻璃制品，熱量的散失會比較快，導(dǎo)致溫度很難維持不變等。筆者嘗試過將250mL熱水放入500mL燒杯中重復(fù)上述實驗，并未出現(xiàn)暴沸的現(xiàn)象，普通溫度傳感器的讀數(shù)維持在89℃左右，就恒定不變了。用紙片蓋住燒杯口，普通溫度傳感器的讀數(shù)開始上升，最終接近理論上的100℃，需要等待較長的時間才能使溫度恒定，因此在課堂教學(xué)中該方案缺乏可操作性，有待改進。

四、實驗改進

1.儀器和藥品：電磁爐、鐵鍋、勺子、EDIS數(shù)字化探究實驗系統(tǒng)、普通溫度傳感器、計算機、食鹽

2.實驗過程：（1）組裝儀器（圖3），將酒精噴燈換成電磁爐，用鐵鍋代替燒杯，仍然用熱水進行實驗，將普通溫度傳感器的探頭從鍋蓋上的小孔插入，打開電磁爐開關(guān)；（2）當普通溫度傳感器讀數(shù)達到75℃時，點擊開始按鈕；（3）當讀數(shù)維持20秒不變時，打開鍋蓋，用勺子加入一平勺食鹽，并迅速蓋上鍋蓋；（4）當讀數(shù)仍然維持20秒不變時，打開鍋蓋，再加入一平勺食鹽，并迅速蓋上鍋蓋，如此重復(fù)實驗，得出圖像（圖4）。

3.實驗分析

由圖像發(fā)現(xiàn)隨著加入鹽量的增加，溶液的沸點逐漸增加。打開鍋蓋的一剎那，讀數(shù)變小，可能是壓強變小的緣故，加入鹽之后，讀數(shù)還會下降一些，但溫度很快會上升，而且比先前的沸騰溫度要高。

五、實驗優(yōu)點

1.增強了可視性。采用先進的EDIS數(shù)字化探究實驗系統(tǒng)來進行實驗，突破傳統(tǒng)實驗手段的限制，取代了傳統(tǒng)的溫度計，不僅測量便捷、數(shù)據(jù)準確，而且由計算機進行處理，直接形成圖像，省去了描點作圖等環(huán)節(jié)，直接以曲線的形式得出實驗結(jié)果。利用普通溫度傳感器，可以讓學(xué)生看到固體物質(zhì)溶于水形成溶液后，沸點的變化情況，清晰直觀，更加可信。

2.體現(xiàn)了生活化。通過改進，實驗所用的器具基本上都來自廚房，使實驗操作更簡便，也體現(xiàn)了知識來源于生活，用生活中熟悉的場景，幫助學(xué)生理解知識、學(xué)會知識，而且增強了實驗的趣味性。電磁爐無明火，也使實驗更安全。

3.提高了實驗效率。在課堂實踐中大大縮短了實驗所需要的溫度，而且使形成的圖像更美觀，更有說服力。在鐵鍋中進行實驗，蓋上鍋蓋后，可以使沸騰溫度穩(wěn)定，在燒杯中進行實驗，一點點微小的變化都可以改變普通溫度傳感器的讀數(shù)，使沸點一直在變化。

4.激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生更加關(guān)注實驗過程，能積極參與實驗結(jié)論的分析與討論，這有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題和分析圖表的能力。

5.實現(xiàn)了教學(xué)資源的再利用。實驗數(shù)據(jù)可以保留和重復(fù)使用，即使實驗未能成功，也可以讓學(xué)生分享成功的實驗數(shù)據(jù)，這是傳統(tǒng)實驗中無法實現(xiàn)的。

6.促進了學(xué)科的融合。借鑒物理實驗來設(shè)計化學(xué)實驗，引導(dǎo)學(xué)生由已知向未知探索。

六、實驗反思

1.筆者沒有測定溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)與沸點的關(guān)系，是因為在加熱沸騰的過程中，溶劑的量會發(fā)生改變，溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)也會發(fā)生改變，從而未能定量得出溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)與沸點的關(guān)系。在實驗中，著重通過增加食鹽的量，讓學(xué)生從定性的角度形成感性認識，隨著食鹽量的增加，水溶液的沸點在逐漸升高。

2.教材上說，少量的固體物質(zhì)溶于水，使稀溶液的沸騰溫度升高（高于100℃）。而在實驗的過程中發(fā)現(xiàn)：不僅少量的食鹽固體物質(zhì)溶于水，使稀溶液的沸騰溫度升高，較多量的食鹽固體物質(zhì)溶于水，濃溶液的沸騰溫度也會升高，當溶液成過飽和狀態(tài)之后，沸騰溫度仍會一直升高。

[參考文獻]

[1]鄧崇海，胡寒梅，邵國泉.稀溶液依數(shù)性的相圖解析與應(yīng)用[J].合肥學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2013（02）.

[2]王祖浩等編.義務(wù)教育教科書.化學(xué)（九年級下冊）[M].上海：教育出版社，2012.