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1、应用“手持技术”测定不同物质溶解于水时溶液的温度变化 -现代高科技与学科实验教学的整合研究钱扬义 陈健斌 吴宗志王任跃徐锦洪(华南师范大学化学系广东广州510631)摘要 物质溶解于水往往使溶液的温度发生变化。选取3种常见的典型物质溶解于水时，应用现代化的测量技术-手持技术，定量测量其温度的变化，探求物质溶解于水时温度变化的规律。关键词 化学实验 手持技术 数据采集器 传感器 溶液温度科学探究手持技术又称掌上技术，是由数据采集器、传感器和配套的软件组成的定量采集各种常见数据并能与计算机连接的实验技术系统。该系统能采集的理科数据包括电流、电压、光强度、温度、力、气压、磁场、音量、距离、pH、溶解
2、氧、电导率、CO2浓度、色度以及Ca2+、NO3-、NH4+、Cl-的浓度、相对湿度、心电图、光强度等。手持技术最突出的特点有以下几点。便携：数据采集器和传感器都较小，在手掌上就可以操作,采集多种数据，故形象地称为手持技术仪器。其便携性可让师生能随时随地进行定量的探究活动，并将实验的过程及结果储存，这将使传统实验室用传统方法进行传统实验的现状得到彻底改变。实时：数据变化过程与实验过程同时进行。如果与计算机连接，就能将显示变化过程的各种形式同时演示出来。准确：既可以由仪器或电脑自动收集实验数据，时间间隔从1/20800秒到1小时任意选择，又可以人工控制收集，实验数据可以准确到0.5,完全符合中学
3、对实验数据准确度的要求。综合：数据采集器可与各种传感器连接，可同时进行理、化、生、体育、环境、气象等学科实验的定量探索研究。直观：可以图像、指针、刻度计、表格等多种形式动态实时地显示实验数据的变化过程。你可从自己喜欢的一种显示方式中任意查看某一刻、某一段时间或整个过程的实验数据。物质溶解于水往往使溶液的温度发生变化。选取NH4NO3 、NaCl和 NaOH 3种物质溶解于水时，应用现代化的测量技术-手持技术，定量测量其温度的变化，探求物质溶解于水时温度变化的规律。1.1实验探究1、 不同质量的NH4NO3溶解在水中时溶液温度的变化情况；2、 不同质量的NaOH溶解在水中时溶液温度的变化情况；3
4、、 不同质量的NaCl溶解在水中时溶液温度的变化情况； 4、等量的NH4NO3 、NaCl和 NaOH溶解在水中时溶液温度的变化情况；1.2样品用量表-1 实验样品用量实验号药品NH4NO3NaClNaOHNH4NO3NaClNaOHNH4NO3NaClNaOH质量5g5g5g10g10g10g15g15g15g1.3实验装置下图是我们进行实验的装置图，将固体样品和水放在烧瓶中，磁力搅拌器搅拌加速固体样品溶解，利用数据采集器和温度探头对溶液的温度变化进行测量。数据采集器 温度传感器 图-1 实验装置图1.4实验步骤 1、实验探究1（1） 分别在3个锥形瓶中装入100mL水，开动磁力搅拌器；（2
5、） 称取5g、10g和15g NH4NO3 固体；（3） 启动数据采集器，将采样频率设置为1per sec，采样总数为200个，约10sec后分别将样品加入装有温度传感器和数据采集器的锥形瓶中，数据采集器将自动收集温度变化的数据；（4） 仿照步骤（1）-（3）分别做实验探究24的实验。将实验探究1-4的实验中收集到的数据传输到计算机进行处理，得到的结果如下图： 1. 5实验数据1、实验探究1数据图图-2 不同质量的NH4NO3溶解时溶液温度变化的比较2、实验探究2数据图图-3 不同质量的NaOH溶解时溶液温度变化的比较3、实验探究3数据图图-4 不同质量的NaCl溶解时溶液温度变化的比较4、实
6、验探究4数据图图-5 相同质量（10g）的样品溶解时溶液温度变化的比较1.6实验结果与讨论表-2 实验结果实验编号药品NH4NO3NaClNaOHNH4NO3NaClNaOHNH4NO3NaClNaOH质量5g5g5g10g10g10g15g15g15g起始温度（）28.8828.5828.8828.9828.5728.7628.8828.6728.76极大或极小温度（）25.9228.1640.3022.9627.6551.5620.7027.2461.97温度变化（）-2.96-0.42+11.42-6.02-0.92+22.80-8.18-1.43+33.21实验结果表明：（1）NH4N
7、O3溶解于水时，溶液温度降低，是吸热过程，而且其溶解于水中的质量越多，温度也越低（见表-2中实验编号和图-2）。（2）NaOH溶解于水时，溶液温度升高，是放热过程，而且其溶解于水中的质量越多，温度也越高（见表-2中实验编号和图-3）。（3）NaCl溶解于水时，溶液温度降低，是吸热过程，而且其溶解于水中的质量越多，温度也越低（见表-2中实验编号和图-4），但其温度降低的程度比同等条件下的NH4NO3小（见图-5）。（4）等量的NH4NO3、NaCl和NaOH同时溶解在等量的水中，NH4NO3的水溶液温度降低而NaOH的水溶液温度升高，而NaCl的水溶液温度稍有降低（见图-5）。物质在水中溶解是一
8、个复杂的物理化学过程，总是伴随着能量的变化，有热效应现象发生，大多数是吸热，如实验中的NH4NO3、NaCl，有的则是放热，如NaOH。晶体物质溶解于水中时，首先要将晶体内的晶格拆散，消耗一定的能量，这相当于这种晶体的晶格能（U）。晶体的离子在水中与水发生水化作用，放出一定的能量，称为水化能（H）。一定量的物质溶解于水时的热效应可表示为：LHU，如果HU，那么L0，溶解过程放出热量；如果HU，那么L0，溶解过程吸收热量。如果将物质溶解在水中的质量作为横坐标，该物质在水中溶解时溶液的温度作为纵坐标，利用Excel软件进行数学建模，就能得到加入物质质量的多少与溶液温度变化的曲线图。参考文献1 钱扬义等.掌上实验室（Lab in Hand）的特点及其功能.电化教育研究，2003（10)：59622 钱扬义.手持技术在理科实验中的应用的研究.北京：高等教育出版社，2003年版3 江琳才，钱扬义。义务教育课程标准实验教科书化学九年级(上下册）.北京：科学出版社，2004年版第 4 页 共 4 页