【初中化学】利用手持技术探究6种物质溶解时的吸热与放热现象

　　在《初中化学·九年级下册》第九单元——溶液的学习中，我们学习了溶液的形成、溶解度、溶液的浓度等相关知识。

　　课本中有一个探究实验，要求设计实验方案，探究几类物质溶于水过程中是放出热量还是吸收热量。

　　现在，有了手持技术，进行实验更加方便啦！它不仅可以测量前后的温度，细微的变化也能察觉，还可以记录整个温度变化的过程，形成一条清晰的曲线！

一、实验准备

1、实验用品：铁架台、250ml烧杯、玻棒、托盘天平、氯化钠（NaCl）、氯化钾（KCl）、氯化铵（NH4Cl）、氢氧化钠（NaOH）；

2、数字化实验仪器：装有数据采集软件的电脑、数据采集器、不锈钢温度传感器。

二、实验步骤

1、每种药品用天平和滤纸称量20g；

2、如下图搭建实验装置：将电脑软件开启，使用数据线连接电脑——采集器——不锈钢温度传感器，将不锈钢温度传感器固定在铁架台上，烧杯中装250ml蒸馏水，放置在铁架台上。

3、点击数据采集，然后迅速倒入药品，迅速搅拌，采集60秒；

4、采集完一种试剂的数据后，保存数据，清洗玻棒和烧杯，重复以上步骤，总共测得4种试剂溶于水时的温度变化。

三、补充实验

　　氯化铵（NH4Cl）、硫酸铵（(NH4)2SO4）、硝酸铵（NH4NO3）和碳酸氢铵（NH4HCO3）都是白色固体，也是重要的化肥。

化学肥料的概念：　　化学肥料是指以矿物、空气、水做原料，经过化学加工制成含有植物生长所需的营养元素的物质，简称化肥。农作物所必需的营养元素有碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁等，其中氮、磷、钾需要量较大，因此氮肥、磷肥、钾肥是最主要的化学肥料。

常见氮肥及性质:

名称化学式性质注意事项尿素CO(NH2)2白色或淡黄色晶体，易溶

于水，含氮量不超过46.7%，

肥效高且持久，对土壤无

不良影响—— 碳酸氢铵NH4HCO3白色晶体，易溶于水，受潮

时常温下就能分解，温度越

高，分解越快，在土壤中不

残留有害杂质，含氮量低于

17.7%防分解，贮存和运输时

都要密封.不要受潮或暴

晒，施肥后掩盖或立即

灌溉，不要与碱性物质

混合使用硝酸铵NH4NO3白色晶体，易溶于水，高温

或受猛烈撞击时易爆炸，含

氮量低于35%，对土壤无不

良影响不要与易燃物质或碱性

物质混合在一起，结块

时，不要用铁锤砸碎硫酸铵(NH4)2SO4白色固体，易溶于水，常温

下性质稳定，不宜长期大量

使用，否则会使土壤酸化、

板结硬化不能与碱性物质混合，

不宜长期大量使用氨水NH3·H2O氨气的水溶液，易挥发，显碱性运愉、扩存、使用时要

防挥发

　　刚才我们已经做了氯化铵（NH4Cl）溶于水时温度变化的实验，现在我们再尝试另外两种——硫酸铵（(NH4)2SO4）、 碳酸氢铵（NH4HCO3），看看它们在溶解时的温度会有什么变化吧！

注：课本上提到的硝酸铵（NH4NO3），由于其危险性，导致很难购买到，暂时不做。

硫酸铵（(NH4)2SO4）溶于水实验和碳酸氢铵（NH4HCO3）溶于水实验。

四、数据统计

1、氯化钠（NaCl）

2、氢氧化钠（NaOH）

3、氯化钾（KCl）；

4、氯化铵（NH4Cl）；

5、硫酸铵（(NH4)2SO4）；

6、碳酸氢铵（NH4HCO3）；

整体图像：（通过强大的软件功能实现多个实验文件数据整合）

表格：

药品

起始水温

最高/最低温度

温度差

吸热/放热

1

氯化钠NaCl

14.3℃

13℃

1.3℃

吸热

2

氢氧化钠NaOH

14.6℃

36.2℃

21.6℃

放热

3

氯化钾KCl

14.2℃

9.3℃

4.9℃

吸热

4

氯化铵NH4Cl

14.2℃

9.2℃

5℃

吸热

5

硫酸铵（NH4）2SO4

13.1℃

11.8℃

1.3℃

吸热

6

碳酸氢铵NH4HCO3

14.0℃

8.3℃

5.7℃

吸热

五、实验结论

1、氯化钠（NaCl）、硫酸铵（(NH4)2SO4）溶解时温度微微下降，变化不大；

2、氯化钾（KCl）、氯化铵（NH4Cl）、碳酸氢铵（NH4HCO3）溶解时温度下降，并且十分明显；

3、氢氧化钠（NaOH）溶解时温度迅速上升，并且十分明显。

六、思维拓展

1、为什么有些物质溶解时温度升高，有些则温度降低呢？

答：从微观角度来看，物质溶解，一方面是溶质的微粒——分子或离子要克服它们本身的相互之间的吸引力离开溶质，另一方面是溶解了的溶质要扩散到整个溶剂中去，这些过程都需要消耗能量，所以物质溶解时，要吸收热量。溶解过程中，温度下降原因就在于此。 

　　如果溶解过程只是单纯的扩散，就应该全是吸热的，为什么还有的放热呢？原来，在溶解过程中，溶质的微粒——分子或离子不仅要互相分离而分散到溶剂中去，同时，溶解于溶剂中的溶质微粒也可以和溶剂分子生成溶剂化物（如果溶剂是水，就生成水合物）。在这一过程里要放出热量。

　　在溶解过程中发生了两种变化，一种是溶质的分子（或离子）在水分子的作用下向水中扩散，这一过程吸收热量；另一种是扩散的溶质的分子（或离子）和水分子作用，生成水合分子（或水合离子），这一过程放出热量。

　　因此，物质溶解时，同时发生两个过程：

　　一个是溶质的微粒——分子或离子离开固体（液体）表面扩散到溶剂中去，这一过程吸收热量，是物理过程；

　　另一个过程是溶质的微粒——分子或离子和溶剂分子生成溶剂化物并放出热量，这是化学过程。 　　这两个过程对不同的溶质来说，吸收的热量和放出的热量并不相等。

　　因此，一种物质溶解在水里，究竟是温度升高还是降低，取决于溶解过程中两种过程所吸收或放出的热量多少。

例如：

a.扩散过程中吸收的热量>水合过程中放出的热量，溶液温度降低，如：氯化铵（NH4Cl）、氯化钾（KCl）、碳酸氢铵（NH4HCO3）溶解于水。

b.扩散过程中吸收的热量<水合过程中放出的热量，溶液温度升高，如：氢氧化钠（NaOH）溶解于水。

c.扩散过程中吸收的热量≈水合过程中放出的热量，溶液温度几乎不变，如：氯化钠（NaCl）、硫酸铵（（NH4）2SO4）溶解于水。

2、通过这些物质溶解时的温度差统计柱状图进行对比，为什么有些物质温度变化大，有些物质变化小呢？从微观层面怎么解释？

更多数字化实验、小学科学、创客资料，请关注：盛夏教育。

联系人：丁经理

电话：0551-63432959

邮箱：yiyouinfo@163.com