师:同学们好,今天我们继续学习溶液的形成。之前我们学习过,化学反应往往伴随能量变化,那么溶质溶解于水时,会伴随吸热或放热现象吗?这节课我们就来探究一下。化学反应中的能量变化一般有两种,一种是放出热量,另一种是吸收热量。比如,石灰与水反应、镁与稀盐酸反应,以及常见的燃烧,这些都是放热反应,缓慢氧化显然也属于放热反应。那么吸收热量的反应有哪些呢?像氯化氨与氢氧化钡反应、光合作用以及碳与二氧化碳的反应,都属于吸热反应。
接下来我们看活动探究,主题是物质溶于水时的吸热或放热现象。实验提供了试管、烧杯、玻璃棒、温度计等仪器,还有固态氯化钠、硝酸氨、氢氧化钠,大家也可以选用其他仪器和药品,现在请试着设计实验方案。
师:方案设计好了吗?下面我们一起来看实验视频。
在 a 烧杯中盛有 100 毫升水,读出此时水的温度为 25 摄氏度,向水中加入 5 克氯化钠,用玻璃棒搅拌,并观察温度计示数,与原来温度比较,发现氯化钠溶解时温度无明显变化,这说明氯化钠溶解于水,没有明显的吸热或放热现象。
b 烧杯同样盛有 100 毫升水,水温 25 摄氏度,向水中加入 5 克硝酸氨,用玻璃棒搅拌,观察温度计示数,可以看到示数明显下降,说明硝酸铵溶解于水有明显的吸热现象。
c 烧杯还是盛有 100 毫升水,水温 25 摄氏度,向水中加入 5 克氢氧化钠,用玻璃棒搅拌,观察温度计示数,发现示数明显升高,说明氢氧化钠溶解于水有明显的放热现象。通过这三种物质溶解于水时溶液温度的不同变化,我们了解到物质在溶解过程中通常伴随着热量变化。
师:我们来看交流与讨论部分。第一个问题,为什么所有的水都要求用 100 毫升?这就是实验中常讲的控制变量,用 100 毫升的水更容易比较并得出结论,所以在同等条件下控制 100 毫升,是为了便于比较。第二个问题,为什么三种固态物质的质量要大致相等呢?同样是因为同等条件下易于比较。接着我们来看实验现象和结论。从图中可以看到,加入硝酸氨的一组,温度降低;加入氢氧化钠的一组,温度升高;加入氯化钠的一组,温度变化不明显。由此我们可以得出结论:物质在溶解过程中常伴随着热量变化,有些物质溶解时吸热,有些物质溶解时放热,还有些物质溶解时温度变化不明显。
师:同样是溶解,为什么会出现不同现象呢?这是因为在溶解过程中通常会发生两种变化。第一种是扩散过程,也就是溶质分子或离子向水中扩散,这个过程需要吸收热量。第二种是水合过程,也就是溶质分子或离子和水分子作用生成水合分子或水合离子,这个过程会放出热量。在溶解过程中,如果吸收的热量小于放出的热量,溶液温度会升高,比如氢氧化钠溶液的形成;如果吸收的热量大于放出的热量,溶液温度会降低,比如刚才硝酸氨的溶解;如果吸收的热量等于放出的热量,溶液温度基本不变,比如氯化钠。
师:接下来看知识应用部分。我们看到一些便携式无水冰箱、冰桶和冰杯的图片,大家想一想它们的原理是什么呢?其实这些设备都是利用制冷剂来制冷的。制冷剂通常由硝酸氨、氯化氨、六水氯化钙与碎冰或者水按一定质量比混合而成,使用时溶于水吸热,从而起到制冷作用。这种构造一般能使温度降到零下 18 摄氏度左右,在零下 5 摄氏度的情况下可维持 6 - 24 个小时,还是比较实用的。
师:我们来进行比较与归纳。第一点,化学反应在生成新物质的同时,伴随着能量变化,通常表现为热量变化,有吸热现象,也有放热现象。关于化学反应,从两个角度讨论,一种是放热反应,像燃烧、镁与盐酸反应、生石灰与水的反应等;另一种是吸热反应,比如碳与二氧化碳的反应。
第二点,物质在溶解过程中通常也伴随着热量变化,有些物质溶解时吸热,比如硝酸铵;有些物质溶解时放热,比如浓硫酸、氢氧化钠固体。
师:来看一道例题。取某固体物质 5 克加入 20 毫升水中,测得溶液温度变化随时间变化的曲线如图所示,该固体物质可能是什么呢?从图中可知,随着时间增加,温度先逐渐下降,下降到一定程度后,随着时间增加,温度又慢慢回升,但仍未回升到反应开始的温度。首先根据温度下降这一段,可以判断该物质溶于水吸热。在四个选项中,哪种物质溶于水吸热呢?通过前面的学习,答案应该选 c。
师:同学们,你们在家中经常洗碗筷或者洗衣服吗?相信有部分同学热爱劳动,会经常参与家务劳动。那你们觉得洗衣洗碗筷时最大的困难是什么?一般是不是碗筷上的油,或者衣服上的油污比较难清洗?遇到这种情况,我们一般会添加洗涤剂或者倒入洗洁精,同学们有没有想过为什么要加洗洁精和洗涤剂呢?它们又是如何去除油污的呢?下面我们来看一个实验,探究乳浊液的形成和乳化现象。
实验是这样的,在两支试管中各加入 5 毫升水和几滴植物油,观察试管中的液体是否分层。再向其中一支试管中滴入 4 - 5 滴洗涤剂,用胶塞分别塞紧试管,震荡观察现象,静置几分钟后再观察现象,最后把两支试管内的液体倒掉,并用水冲洗试管,比较两支试管内壁是否干净。
