试验学习单.DOC

「過冷水後記：本實驗為作者科展探討題目。 2010/4/13 一、前言 化學中談到水的特性，水的凝固點在1atm 下為0℃，但是水會因為高壓而使凝固點降低至0℃以下，而這樣的敘述對一般學生而言，看不到也摸不著，可以說只是相當理論性的敘述，對於這個概念學生無法有很深刻的印象。本實驗設計利用一個簡單的汽水空瓶或汽水，利用本身或反應產生的二氧化碳氣體提供一個高壓的環境，使得瓶內的水溶液可以存在於較低溫的環境（也就是讓水溶液的凝固點下降），當開瓶後因為瓶內洩氣，二氧化碳流出而導致壓力減低，水溶液的凝固點因壓力減少而迅速提高，如此便有一部份的水溶液吸熱，另一部份的水溶液因放熱而結冰。 、實驗目的 觀察與比較汽水瓶中的水溶液，在高壓（未開瓶前）全然無固體（冰）的狀態，轉變成在低壓（開瓶後）迅速出現部份固體（冰）的狀態，以讓學生確定凝固點與壓力的關係，並且體會過冷水的涵義。 、儀器與藥品 1.汽水瓶（600ml）二瓶 2.汽水（600ml） 二瓶 3.冰塊 約2000克 4.食鹽（氯化鈉） 一包 5.碳酸氫鈣 一瓶 6.鹽酸 一瓶 7.小水桶 一個 、步驟 一汽水部份（直接使用市面上的販售的汽水）： 1.取一瓶汽水，開瓶後慢慢攪拌後並靜置一天，使其冒泡但不流出液體，如此去除溶於汽水中的二氧化碳，令此瓶為A瓶（此瓶不再加蓋）。另取一瓶未開的汽水，令此瓶為B 瓶（此瓶加蓋） 2.將200g 的食鹽與600g 的冰塊混合成冷劑，並以水控制溫度讓其介於-9~-10℃。 3.將A；B 兩瓶汽水放置於小水桶中，用冷劑將汽水瓶盡可能包圍。 4.靜置約30 分左右可見A 瓶開始結冰，此時繼續冷凍約10~15 分鐘，迅速將A；B 兩瓶汽水瓶移出冷劑。 5.觀察並記錄B 瓶開瓶前汽水瓶內的情況。 6.打開B 瓶汽水，因為氣體洩出，使瓶內的壓力減少，因此溶液會迅速有大量如市售的冰沙狀態的固體析出。 7.觀察並記錄開瓶後B 瓶汽水內的情況。 8.分組討論原因。 二汽水瓶自製（使用市面上的販售的汽水瓶加入碳酸氫鈣與鹽酸）： 1.取一瓶汽水瓶，加入碳酸氫鈣與鹽酸，使其冒泡但不流出液體，如此靜置一天，令此瓶為C 瓶（此瓶不再加蓋）。另取一瓶加入碳酸氫鈣與鹽酸後迅速蓋上瓶蓋後不再開瓶，令此瓶為D 瓶（此瓶加蓋） 2.將200g 的食鹽與600g 的冰塊混合成冷劑，並以水控制溫度讓其介於-9~-10℃。 3.將C、D兩汽水瓶放置於小水桶中，用冷劑將汽水瓶盡可能包圍。 4.靜置約30 分左右可見C 瓶開始結冰，此時繼續冷凍約10~15 分鐘，迅速將C；D 兩瓶汽水瓶移出冷劑。 5.觀察並記錄D 瓶開瓶前汽水瓶內的情況。 6.打開D 汽水瓶，因為氣體洩出，使瓶內的壓力減少，因此溶液會迅速有大量如市售的冰沙狀態的固體析出。 7.觀察並記錄下開瓶後D 汽水瓶內的情況。 8.分組討論原因。 、實驗討論 分組實驗後討論下列問題： 1.為何A 瓶與C 瓶先結冰，經過一段時間後B瓶與D 瓶還未結冰？ 2.未開瓶的汽水，與開瓶後的汽水有何不同？ 3.在汽水瓶中加入碳酸氫鈣與鹽酸的原因？ 4.未開瓶的汽水遇冷後，迅速開瓶後的汽水外觀上有何變化？ 5.在汽水瓶中加入碳酸氫鈣與鹽酸的未開瓶的遇冷後，迅速開瓶後外觀上變化是否同於汽水？ 6.為何開瓶前後會有這樣的變化？ 報告內容及型態：依觀察成果歸納、表述、評估與結論，並推敲問題？另詳述此實驗過程之點滴。備註：本實驗操作可以讓於家中冰箱自己實驗，步驟如下 1.將汽水放置於冰箱中。 2.靜置約2~3 小時後（看冰箱性能），汽水瓶開始有部份結冰（沒有結冰亦可，但可能會失敗），後迅速將汽水瓶移出冰箱。 3.觀查並記錄下開瓶前汽水瓶內的情況。 4.打開汽水瓶，因為氣體洩出，使瓶內的壓力減少，因此溶液會迅速有大量如市售的冰沙狀態的固體析出。 5.觀查並記錄下開瓶後汽水瓶內的情況。 6.分組討論原因。 —(貝)殼。 地下洞穴出現的石筍和石鐘乳就是碳酸氫鈣變的把戲。 含有碳酸氫鈣與其他雜質的水稱為硬水。大自然中的泉水、井水、海水一般都 是硬水，而雨水則是軟水。 魚不適於生存於冷開水中，因開水經煮沸，其間之空氣差不多逸散光，內部缺 乏空氣，魚類便不適宜生存。 物質在冷水與熱水中其溶解度各不同： 通常溫度越高，溶解度越高。溶質溶解速率快，如糖、硝酸鉀…。 溫度高，溶解度不受影響者有食鹽、石膏…。 3