可溶性碳酸盐与碳酸氢盐溶解过程热效应的比较 论文

可溶性碳酸盐与碳酸溶解过程热效应的比摘要：利用手持技术探究可溶性碳酸盐与碳酸氢盐在水溶液中溶解过程的温度变化，通过实验结论揭示物质溶解过程产生吸热和放热现象的原因，帮助学生建立科学的能量观，增强学生的探究意识与创新能力，逐步形成化学学科核心素养。关键词：数字化实验，溶解，热效应一、问题提人教版高中化学教材必修第一册第二章第一节“碳酸钠和碳酸氢钠的化学性质”的对比学习，其中实验2-4需要通过温度计示数变化判断碳酸钠和碳酸氢钠溶于水时量变化，这种变化其实并不容易观察出来，尤其是变化不明显的碳酸氢钠。教师在教授该部分内容时往往一带而过，因为这并不是考试的重点，而且通过传统实验温度计示数变化或用手触摸试管得出结论，也并不具有说服力。如今科技水平不断发展，教学愈来愈现代化，许多中学配备了数字化实验室。随着数字化仪器的出现，传统实验迎来了变革，许多化学实验现象和数据得以更加直观的呈现，提升了学生实验的自主性。本研究通过采集的计算机上图像数据的变化让学生直观感受物质溶于水时的热量变化，知道物质溶解时的吸热和放热行为，并带领学生从理论上分析物质溶于水伴随能量变化的原因。学生在实验中感受到化学与科技的紧密联系，增强了学习化学的兴趣，加深了对化学学科的理解。二、实验研1．实验仪器和药品实验药品：碳酸钠、碳酸氢钠实验仪器：温度传感器、数据采集器、计算机、大试管、铁架台（带铁夹）、托盘天平、钥匙、称量纸、量筒50mL2．实验装置图3．实验步骤（1）取一支洁净的大试管，加入约30.0mL蒸馏水，将其固定在铁架台上，将温度传感器插入蒸馏水中；（2）用托盘天平称取约2g碳酸钠固体，打开计算机软SWRiLabv8.0，点击开始按钮将称量好的碳酸钠加入试管，采集数据，采集时间30s，间隔100ms；（3）重复上述步骤采集碳酸氢钠的有关数据。4．实验结果图2碳酸钠溶解过程的热效应图3碳酸氢钠溶解过程的热效应笔者是在阳历1月份做的实验，室内温度较低，溶解效果不十分明显，但根据上图的曲线变化，我们仍能得出结论：碳酸钠溶于水放热，碳酸氢钠溶于水吸热。通过对比学习，学生能更好地掌握碳酸钠与碳酸氢钠性质上的异同点，而类比推理也是学习化学的一种常用思维方法，根据实验结论，我们可以进行大胆的合理的推测——所有可溶性碳酸盐溶于水都放热，碳酸氢盐溶于水都吸热。接下来和学生一起通过实验验证我们的猜想。分别选用药品碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铵、碳酸氢铵重复上述实验操作，得到以下图像。将图像中曲线所呈现的实验数据进行整理，得到可溶性碳酸盐与碳酸氢盐溶解过程的温度变化情况。5．实验结论①碳酸钠溶于水放热，碳酸氢钠溶于水吸热；②碳酸钾溶于水放热，碳酸氢钾溶于水吸热；③碳酸铵与碳酸氢铵溶于水都吸热。也就是说，我们的猜想不正确，学生可能会失望会沮丧，此时教师需要适时引导，让学生明白猜想不正确不代表实验失败，这是另一种成功，教师接下来引导学生思考物质溶于水为什么会伴随热量的变化，为什么有的物质溶于水会放热，有的会吸热。三、理论分1．溶解过程初中教材指出：蔗糖放进水中后，很快就“消失”了，这是因为蔗糖表面的分子在水分子的作用下，逐步向水里扩散，最终蔗糖分子均一地分散在水分子中间，形成一种混合物——蔗糖溶液。像这样一种或几种物质分散到另一种物质里形成均一、稳定的混合物的过程，叫做溶解。学生已初步认识什么是溶解，但溶解过程为什么会伴随热量的变化，这就需要知道溶解过程的微观本质。教师在教授人教版必修第一册第一章第二节电解质的电离这部分内容时，NaCl的溶解过程，但对于能量变化方面没这时可在此基础上补充。NaCl晶体溶于水，Na与Cl在水分子的作用下形成了水合钠离子与水合氯离子，水合过程释放能量，形成的水合钠离子与水合氯离子脱离NaCl晶体，扩散到水中，此过程吸收能量。从溶解过程的本质看，溶解是一种物质（溶质）分散在另一种物质（溶剂）中形成溶液的过程，是复杂的“物理——化学过程”。整个溶解过程通常包括多方面作用，一方面是溶质与溶剂间的作用（释热），另一方面是拆开原先溶质微粒间作用（吸热）或溶剂微粒间作用（吸热）。发生溶解时，这些过程同时存在，溶解热就是这些过程能量方面的代数和。因此在溶解过程中常常伴随热量、颜色和体积的改变。2．溶解热如果要从理论上定量计算物质的溶解热则需要用到大学化学知识，对于那些对化学学科感兴趣的学生，教师可以提供相关大学化学教材供他们查阅，倡导自主学习。这对他们今后参加化学竞赛，撰写论文等都是大有裨益的。查阅大学化学教材，知道标准摩尔溶解热△Hθm是指在标准状态下，单位物质的量的物质（即1mol溶质）溶于大量水中时的热效应，有关热力学数据见表2。笔者做实验时，室内温度约9.2℃，近似看作标准状态。以NaCO为例，溶于水时溶于大量水理论上放出26.7kJ的热量。同理，可求得其他物质的标准摩尔溶解热。四、总结本研究从书本入手，利用手持技术将碳酸钠与碳酸氢钠溶解过程的热量变化变得清晰、准确、直观，使整个实验可视化。并通过类比推理，进行进一步的实验，从理论上对实验现象做出解释，让理论知识更具说服力更有直观性。有利于学生学习碳酸钠碳酸氢钠更多的异同性质，掌握化学学习的一般方法，也很好的建立了化学变化中为选修四化学能与热能部分的学习做好铺垫。学生能够从能量的角度观察事物，认识事物，感受实验过程，培养了化学学科核心素养，增强了探究意识与创新能力。参考文献[1]人民教育出版社，课程教材研究中心，化学课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书·化学必修1[M]北京：人民教育出版社2019年版，第36页，第14页。2]人民教育出版社，课程教材研究中心，化学课程教材研究开发中心.义务教育教科书·化学(九年级下册)[M].北京：人民教育出版社2012年版，第26-27页。[3]严宣申：溶解过程的热效应[J].化学教育，2007，28(5)：59.4]南京大学化学化工学院等.物理化学(第