◆河南省濮陽(yáng)縣第一中學(xué) 劉騰飛

高中教材里的許多涉及液體加熱的實(shí)驗(yàn)，都有加入碎瓷片防止暴沸的步驟。日常生活中，人們?cè)谥笙★垥r(shí)為了防止粥溢出鍋，會(huì)在鍋內(nèi)放少量的紅薯塊或南瓜塊，可見化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的許多做法都源于日常生活。

然而，教材中并沒(méi)有解釋為何碎瓷片能防止液體暴沸。由于不清楚碎瓷片防止液體劇烈沸騰的原因，許多同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中常常忘記這個(gè)步驟，在考試中遇到此知識(shí)點(diǎn)時(shí)，往往失分。

碎瓷片為什么能防止液體暴沸？我查找了大量的資料，并未查到令我滿意的答案。在老師的鼓勵(lì)和指導(dǎo)下，我在實(shí)驗(yàn)室對(duì)此進(jìn)行了探究。

一、探究目的

依據(jù)液體沸騰的原理、氣泡產(chǎn)生的方式、氣泡運(yùn)動(dòng)的路線、氣泡大小的分布等方面，圍繞碎瓷片防止暴沸的機(jī)理展開多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比研究，探明碎瓷片防止暴沸的原因，以及碎瓷片的大小、形狀與防暴沸效果之間的關(guān)系。

二、研究?jī)?nèi)容

1.液體為什么會(huì)沸騰。

2.氣泡產(chǎn)生的原因，運(yùn)動(dòng)的路線如何確定。

3.碎瓷片防止暴沸的機(jī)理。

4.碎瓷片防止暴沸的效果與其大小、形狀是否有關(guān)。

三、研究過(guò)程

（一）液體為什么會(huì)暴沸

1.實(shí)驗(yàn)器材

純凈水50 mL、500 mL 蒸餾燒瓶、酒精燈、溫度計(jì)、500 mL 燒杯、鐵架臺(tái)。

2.實(shí)驗(yàn)步驟

將50 mL 純凈水倒入燒杯加熱，觀察水的溫度變化及暴沸時(shí)的現(xiàn)象并記錄。

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

在水溫達(dá)到35 ℃時(shí)，燒瓶底部開始出現(xiàn)小氣泡，由于容器底部溫度較高，氣泡最先在底部生成，后迅速上升，逐漸增大，在水面漂浮一段時(shí)間后破裂。一般情況下，普通水達(dá)到98 ℃時(shí)就會(huì)出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象，但本次實(shí)驗(yàn)中，純凈水達(dá)到98 ℃時(shí)未沸騰，溫度反而繼續(xù)上升，在達(dá)到100 ℃以上時(shí)劇烈沸騰，大氣泡從水面中心快速上升到水面后炸裂，大量水蒸氣從蒸餾燒瓶的支管逸出。

表1 水溫變化及燒瓶中的現(xiàn)象

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

普通水一般達(dá)到98 ℃ 沸騰，但純凈水或蒸餾水即使達(dá)到沸點(diǎn)也不會(huì)沸騰，溫度繼續(xù)上升到104 ℃，直至發(fā)生暴沸。

（二）氣泡的產(chǎn)生以及運(yùn)動(dòng)路線

1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

氣泡首先在容器底部產(chǎn)生，剛開始體積較小、數(shù)量較少，隨著溫度的升高，體積增大、數(shù)量增多，然后緩慢上升，從底部一直升騰到液面，在液面鼓起一個(gè)又一個(gè)氣泡，然后破裂，熱氣體分散。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

由于容器底部距離熱源最近，溫度最先升高，因此氣泡最先出現(xiàn)在底部，隨著溫度逐漸升高，氣泡越來(lái)越多，越來(lái)越大。由于氣泡的密度小于液體的密度，氣泡慢慢上浮，一直上升到液面。

在氣泡上升過(guò)程中，氣泡位于液體內(nèi)部，承受來(lái)自上部液體產(chǎn)生的壓力，離液面越近，氣泡承受的壓力越小，氣泡逐漸變大。氣泡到達(dá)液面后，氣泡承受的壓力消失，氣泡內(nèi)部的張力沖破表面的液體層，氣泡破裂消失。

（三）碎瓷片防止暴沸的原因

1.實(shí)驗(yàn)器材

純凈水、溫度計(jì)、酒精燈、燒瓶、鐵架臺(tái)、碎瓷片。

2.實(shí)驗(yàn)步驟

分別取50 mL 純凈水倒入A、B 兩個(gè)燒瓶，將兩個(gè)燒瓶分別置于鐵架臺(tái)上，A 瓶中加4 塊碎瓷片（面積約0.5 cm2），B 瓶中不加碎瓷片，其他條件相同且適宜，同時(shí)加熱。觀察在相同時(shí)間內(nèi)水的溫度變化，分析、比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

表2 A 瓶中的水溫變化

表3 B 瓶中的水溫變化

A 瓶中水溫上升速度稍慢，最終仍能達(dá)到沸點(diǎn)，并正常沸騰。B 瓶中純凈水達(dá)到與A 瓶相同的溫度時(shí)，并未出現(xiàn)明顯的沸騰現(xiàn)象，在溫度持續(xù)升高之后，突然暴沸。A 瓶中氣泡皆從碎瓷片附近上升，有的被壓在碎瓷片下方，無(wú)法逸出。

實(shí)驗(yàn)前，我認(rèn)為碎瓷片防止暴沸是由于它將氣泡壓破，導(dǎo)致大氣泡無(wú)法形成，不能在水面炸裂，以至無(wú)法暴沸，并且碎瓷片還能延緩溫度上升的速度。但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并不能確切地證明，碎瓷片可以延緩溫度上升，所以我判斷，壓破氣泡只是它防止暴沸的表面原因，并非防止暴沸的真正原理。

通過(guò)查閱資料，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我認(rèn)為，碎瓷片防止暴沸是因?yàn)槠鋲浩屏藲馀荩⑨尫抛陨須馀?，增加了氣化中心?/p>

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

碎瓷片的棱角將大氣泡“壓碎”成小氣泡，又釋放了自身含有的氣泡，增加了氣化中心，防止液體暴沸。

（四）探究防止暴沸的效果與碎瓷片的大小是否有關(guān)

1.實(shí)驗(yàn)器材

純凈水、溫度計(jì)、酒精燈、燒瓶、鐵架臺(tái)、碎瓷片。

2.實(shí)驗(yàn)步驟

分別取50 mL 純凈水倒入A、B 兩個(gè)燒瓶中，在A 燒瓶中加入4 塊碎瓷片（每塊面積約為1 cm2），在B 燒瓶中加入4 塊小碎瓷片（每塊面積約為0.5 cm2），其他條件相同且適宜，同時(shí)加熱。記錄兩支溫度計(jì)在相同時(shí)間內(nèi)的數(shù)值。

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

A 燒瓶中水溫上升較慢，且在相同時(shí)間內(nèi)上升的幅度小，沸騰時(shí)氣泡主要集中在碎瓷片底部。將水溫冷卻至90℃后再次加熱，發(fā)現(xiàn)有大氣泡直接在碎瓷片底部破裂，甚至將碎瓷片頂起。

表4 A 瓶中的水溫變化

表5 B 瓶中的水溫變化

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

碎瓷片防止暴沸的效果與其大小有關(guān)，碎瓷片越大，效果越好。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

液體在被加熱時(shí)，由于缺少氣化中心而暴沸，如果加入碎瓷片，碎瓷片能將大氣泡切割成小氣泡，增加了氣化中心。同時(shí)，碎瓷片在加熱過(guò)程中，其自身溫度也在升高，碎瓷片自身相當(dāng)于一個(gè)熱源，會(huì)形成許多微孔，其中眾多微孔在臨界沸騰的液體中也會(huì)形成氣化中心，使液體均勻沸騰，起到防止暴沸的作用。

專家點(diǎn)評(píng)

本項(xiàng)目研究源于作者對(duì)教材原有實(shí)驗(yàn)的延伸，作者善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并試圖通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證自己的假設(shè)，嘗試解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)所使用的對(duì)比實(shí)驗(yàn)方法可行，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可信。

建議將實(shí)驗(yàn)器材的型號(hào)標(biāo)記清晰，實(shí)驗(yàn)分析時(shí)，若改用線型圖進(jìn)行對(duì)比分析會(huì)更加直觀。此外，實(shí)驗(yàn)解釋還需要有更充分的事實(shí)和理論依據(jù)。

本文中，碎瓷片能防止暴沸的原因，正是作者在結(jié)論中所描述的碎瓷片中有眾多的微孔。