“外因与溶解速率的关系”演示实验

一、实验设计思路

溶液是中学化学重点知识内容之一。

其一，溶解平衡：固+液　液+固

当V1＞V2，溶解；V1＜V2，结晶；V1＝V2，溶解平衡。

溶液中的溶解平衡受温度、浓度的影响而变化。但是，这些变化在教学实验中学生不易直接观察到，影响了学生对知识的理解和掌握。

其二，物质的溶解速率：

（1）温度的变化影响固体物质的溶解速率，即大多数固体的溶解随温度的升高而增大，溶解速率加快。（2）溶液的浓度影响固体物质的溶解速率，即固体物质在饱和溶液、不饱和溶液、水中的溶解速率不同，分别为不溶、慢、快。（3）不同颗粒的同种物质溶于水的速率不同，即一般情况下，固体物质的颗粒越小，其溶解速率越快，等等。

溶液上述性质的实验展示在教材和教学中都不太明显和充分，学生只能在试管或烧杯中观察到固体物质逐渐减少或消失的过程，不易引起学生对溶液知识的学习兴趣和理解掌握。

设计制作“外因与溶解速率的关系演示器”，就是为了能使学生用直观、对比的方法探究物质的溶解速率与外因之间的关系，用以弥补教学实验方法和技术的不足；增强实验的直观效果和趣味性，激发学生学习化学的积极性，帮助学生牢固掌握固体物质溶解的性质，提高化学实验教学展示效果。

利用“外因与溶解速率的关系演示器”进行实验，可以演示温度对物质溶解速率的影响（例如：比较固体硝酸钾或硫酸铜晶体分别在不同温度的水中溶解速率情况）；还可以演示不同颗粒的同种物质溶于水的速率情况（例如：比较不同颗粒的硫酸铜晶体溶于水的速率）；还可以演示比较不同物质在水中溶解速率（例如：硝酸钾、氯化钠、硫酸铜晶体分别在相同温度的水中溶解速率的比较）；等等。

二、实验原理

“外因与溶解速率的关系”实验设计，是根据物理学中的浮力原理，利用塑料球上半球含空气、下半球含固体物质（溶解后充满水）的原理起到下沉、上浮的实验现象。将3个盛有固体物质（相同质量）的带孔、带磁铁的塑料球，分别沉入盛有相同体积、不同温度的水的烧杯中，当固体物质逐渐溶解后，塑料球先后浮上液面。为了便于观察，激发学生学习兴趣，利用传感器（干簧管）、音响卡等电子元件组成声、光、电自控电路，当带磁铁的塑料球接触传感器，即开通了电路，使发光二极管发光、音响卡奏响。由于3个塑料球中的固体物质在不同条件下溶解速率不同，发光二极管的发光、音响卡奏响的时间不同，实验效果非常明显，使学生极易观察和感受到固体物质溶解的实验过程，提高实验教学效果，帮助学生了解、掌握固体物质的溶解速率与外因之间的关系。

三、实验用品

仪器：外因与溶解速率的关系演示器，3只100　mL烧杯，3个带孔、带磁铁的塑料球（或带孔、不带磁铁的塑料球），低压电源等。

试剂：硝酸钾，硫酸铜晶体，水（冷、热），稀硫酸等。

四、实验装置

实验装置示意图如图1所示。

五、实验步骤

（1）将外因与溶解速率的关系演示器接通电源，并关闭电源开关。

（2）将盛有相同体积、不同温度的水的3只烧杯分别放在演示器3个传感器的下方。

（3）打开电源开关。

（4）将盛有相同质量硝酸钾（2　g）的3个带孔、带磁铁的塑料球，同时放入3个盛有不同温度水的烧杯中，观察现象。

可以观察到：3个盛有固体物质的带孔、带磁铁的塑料球，分别同时沉入盛有不同温度的水下，当固体物质逐渐溶解后，塑料球先后浮上液面。水温高的烧杯中的塑料球先上浮，发光二极管先发亮、音响卡先奏响；水温低的烧杯中的塑料球最后上浮，发光二极管最后发亮、音响卡最后奏响。根据实验现象，让学生加以解释。

（5）同理，可以应用本仪器演示不同颗粒的相同物质在水中的溶解速率，以及比较不同固体物质在水中的溶解速率等。

（6）用简易装置比较固体物质的溶解速率。适用于学生分组实验。

简易装置如图3所示。塑料球带孔、不带磁铁。

具体操作如下：

在3只烧杯中分别盛放等量的水（不同温度或同温）、分别同时放入3个带孔塑料球（盛装相同颗粒度、相同质量的固体物质或不同颗粒度、相同质量的固体物质，以及相同质量的不同固体物质等）。同样可以观察比较外因对固体物质溶解速率的影响。

六、实验说明

（1）带孔、带磁铁的塑料球是用中药丸外壳制作而成。

制作方法：用物理胶将小磁铁粘牢在塑料球内上方；将细铁丝烧红后，在塑料球下半部扎透多个小孔；并在塑料球内下方粘牢一定质量的铜丝（或厚铜片）作为配重，以保证塑料球磁铁一端始终朝上以及减少固体试剂的用量。

（2）对比实验中，水温不宜相差较大，用以缩短实验的时间，提高课堂效率。同理，实验中，固体试剂的用量不易过大，可以用配重的方法减少固体试剂的用量，以节省实验的时间，并可以节约药品，减少浪费。

（3）外因与溶解速率的关系演示器可以运用对比方式展示多项溶液知识点，填充了无实验的空白，提高了自制教具的实验功能，而且实验操作简便、安全，使学生在观察和感受实验的过程中，加深对固体物质溶解的理解和掌握。提高课堂教学效率效果，并实现了启发引导学生创新意识的教育作用。