热冰的趣味实验

热冰的趣味实验

——结晶后的醋酸钠过饱和溶液1．实验过程

(1)实验仪器和药品

150mL烧杯、玻璃棒、胶头滴管、铁架台、蒸发皿、石棉网、酒精灯、温度计、三水合醋酸钠晶体(CH3COONa 3H2O)。

(2)实验步骤

准备足量的醋酸钠晶体。

取150mL小烧杯,充分洗净,倒入约20mL自来水,置于石棉网上进行加热。

1~2min后,开始逐渐将醋酸钠晶体加入烧杯中,并进行搅拌溶解。待加热到60℃时,保持该温度,并持续加入醋酸钠晶体直至有少量晶体不能溶解。

用酒精灯稍加热以提高温度,使刚才少量不能溶解的醋酸钠晶体溶解(如果此时溶液中有较明显的颗粒或杂质,可用胶头滴管吸去,保证溶液中没有异物或者醋酸钠晶体)。

将溶液缓缓倒入另一烧杯,并将其放入冰箱进行冷却,为防止有异物掉入烧杯中,可用蒸发皿作为盖子,把烧杯口盖上。

等15min左右,烧杯完全冷却后,拿出烧杯,加入少量醋酸钠晶体,其会迅速结晶(此情况和水结冰类似),并放出大量的热,故称之为热冰。

2．实验讨论

(1)实验原理

一定温度、压力下,当溶液中溶质的浓度已超过该温度、压力下溶质的溶解度,而溶质仍不析出的现象叫过饱和现象,此时的溶液称为过饱和溶液。过饱和溶液是不稳定的,当往溶液中加入一小块溶质晶体,即能引起过饱和溶液中溶质的结晶。饱和溶液能存在的原因,是由于溶质不容易在溶液中形成结晶中心即晶核。因为每一晶体都有一定的排列规则,要有结晶中心,才能使原来做无秩序运动着的溶质质点集合起来,并且按照这种晶体所特有的次序排列。不同的物质,实现这种规则排列的难易程度不同,有些晶体要经过相当长的时间才能自行产生结晶中心,因此,有些物质的过饱和溶液看起来还是比较稳定的。不同物质形成稳定的过饱和溶液的能力,首先取决于分子组成。一般固态下含有结晶水的物质,其稳定过饱和溶液容易生成,如硝酸铜、硝酸锶、硫代硫酸钠、醋酸钠等。在此实验里,醋酸钠溶解和结晶的反应式为CH3COONa+3H2O(s)==CH3COO-(aq)+Na+(aq)+3H2O(aq)。

因此,当醋酸钠过饱和溶液结晶时,反应往左边进行,放出大量的热,因而烧杯壁会有烫手的感觉。

(2)实验注意事项

当配制好过饱和溶液时,必须用胶头滴管小心吸取较大颗粒的杂质,防止其成为结晶中心。

把配制好的溶液倒入另一干净烧杯中时,应小心不要溅到杯壁上,因为杯壁上的少量溶液容易结晶析出,形成结晶中心,造成

实验失败。用蒸发皿作为盖子盖住,防止有杂质落入溶液中,再小心放入冰箱。结晶后的溶液可以重新加热使用,循环利用。

起初烧杯中的水不宜加太多,因为温度升高后,醋酸钠溶解度极大(60℃时,溶解度为130g/100gH2O),会导致醋酸钠用量过多,造成浪费。