有趣的冰曲線

1、有 趣 的 冰 曲 線研究動(dòng)機(jī):在國(guó)中第一冊(cè)的理化中，曾學(xué)習(xí)到冰塊和食鹽加在一起可以製作成冷劑，但對(duì)於冷劑中的冰塊和食鹽的質(zhì)量比為3:1，而不是1:3呢?或其它比例?一直是我們相當(dāng)納悶的，查遍參考書亦不知此3:1的比例原因?yàn)楹?理化老師建議我們做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，因此促成我們幾個(gè)同學(xué)一起做此實(shí)驗(yàn)的機(jī)緣，基於對(duì)冷劑的興趣，我們也同時(shí)研究不同的鹽類做為冷劑是否也有一個(gè)適當(dāng)比例！研究目的:1.為何選擇冷劑中冰和鹽的質(zhì)量比為3:1?而非其它比例? 2. 研究不同的鹽類做為冷劑是否也有一個(gè)適當(dāng)比例。研究設(shè)備器材：器材：燒杯250ml、量筒50ml、天秤、稱量紙、玻璃棒、刮勺、溫度計(jì)、保溫杯 藥品：氯化鈉、氯化鉀

2、、碘化鉀、氟化鈉、溴化銨、硫酸銨、 氯化銨、硝酸鉀、碳酸銨、溴化鉀、硝酸鈉研究步驟： 因20度時(shí)，食鹽之溶解度均為26克100克水，其水與鹽之混合質(zhì)量比例為3:1，故本組同學(xué)的研究方向，擬先找出鹽類的溶解度，此即為飽和溶液濃度，再以低於或高於飽和溶液濃度及恰為飽和溶液濃度的質(zhì)量比例配置冰、鹽混合液，求證冰、鹽的混合液，如何配製才會(huì)有經(jīng)濟(jì)又冷卻效果佳的溶液。一、 鹽類溶解度的測(cè)定. 用量筒量取100c.c.的水倒入燒杯中，測(cè)量它的溫度。. 以天秤稱取適量的鹽類。. 將鹽類慢慢加入水中，用玻璃棒攪拌，觀察是否有溶解？如溶解後再慢慢加入鹽類攪拌，加到成為飽和溶液就停止。. 測(cè)量飽和溶液的溫度。. 以

3、天秤稱出剩餘的鹽類質(zhì)量，將步驟2中原稱出的鹽類質(zhì)量，減去剩餘的鹽類質(zhì)量，即為此溫度下鹽類溶解度。二、 冷卻曲線的製作(A)以氯化鈉為例. 取保溫杯，並插入溫度計(jì)，以冰及氯化鈉配製濃度，恰為步驟一所稱出溶解度的冰、鹽混合液。. 充分?jǐn)嚢栳?，讀出並紀(jì)錄溫度。. 每隔一小時(shí)紀(jì)錄一次溫度。. 繪製冰、鹽之溫度時(shí)間冷卻曲線。. 改變冰、鹽濃度比，分別高於或低於飽和溶液濃度等適當(dāng)濃度，重複步驟14。. 比較在不同濃度比例下，冰、鹽溶液冷卻曲線。(B)改變各種不同鹽類，如：氯化鉀、碘化鉀、氟化鈉、溴化銨、硫酸銨、氯化銨、硝酸鉀、碳酸銨、溴化鉀、硝酸鈉。並重覆(A)步驟。(C)比較各不同冰、鹽溶液的冷卻曲線。

4、研究結(jié)果:(一) 鹽類溶解度:溶劑為100克水編號(hào)鹽類名稱溶解度測(cè)量溫度A氯化鈉2628B氟化鈉420C氯化鉀26.725D碘化鉀15017E硝酸鉀32.920F溴化銨7020G氯化銨3320H硫酸銨7522I碳酸銨1425J溴化鉀56.520K硝酸鈉8720(二)各鹽類在冰中的溫度變化(A) 氯化鈉冰用量(g)氯化鈉用量(g)溫度變化圖形編號(hào)10026最低溫-8.5度,0度以下維持5小時(shí)*A-110052最低溫-7度,0度以下維持5小時(shí)A-210013最低溫-5度,0度以下維持5小時(shí)A-350100最低溫-8度,0度以下維持2小時(shí)A-4(B) 氟化鈉冰用量(g)氟化鈉用量(g)溫度變化圖形編

5、號(hào)1004最低溫-3度,0度以下維持8小時(shí)*B-11008最低溫-0.5度,0度以下維持4小時(shí)B-210017最低溫0度,無法降至0度以下B-31002最低溫0度,無法降至0度以下 B-4表或圖中左上角標(biāo)註“*”乃指溶液濃度恰為本組所測(cè)出飽和溶液之濃度。(C)氯化鉀冰用量(g)氯化鉀用量(g)溫度變化圖形編號(hào)10026最低溫-9度,0度以下維持6小時(shí)*C-110050最低溫-10度,0度以下維持5小時(shí)C-210013最低溫-6度,0度以下維持5小時(shí)C-350100最低溫-4度,0度以下維持2.5小時(shí)C-4(D)碘化鉀冰用量(g)碘化鉀用量(g)溫度變化圖形編號(hào)100150最低溫-17度,0度以

6、下維持5小時(shí)*D-110050最低溫-15度,0度以下維持3小時(shí)D-250100最低溫-15度,0度以下維持2小時(shí)D-3100100最低溫-9度,0度以下維持1小時(shí)D-4(E)硝酸鉀冰用量(g)硝酸鉀用量(g)溫度變化圖形編號(hào)10033最低溫-1度,0度以下維持5小時(shí)*E-110050最低溫-2度,0度以下維持6小時(shí)E-210017最低溫-2度,0度以下維持4小時(shí)E-350100最低溫1度,無法降至0度以下E-4(F)溴化銨冰用量(g)溴化銨用量(g)溫度變化圖形編號(hào)10070最低溫-14度,0度以下維持5小時(shí)*F-110050最低溫-14度,0度以下維持5小時(shí)F-250100最低溫-13度,

7、0度以下維持3小時(shí)F-35050最低溫-12度,0度以下維持3小時(shí)F-4(G)氯化銨冰用量(g)氯化銨用量(g)溫度變化圖形編號(hào)10033最低溫-12度,0度以下維持7小時(shí)*G-110050最低溫-12度,0度以下維持5.5小時(shí)G-210017最低溫-11度,0度以下維持6小時(shí)G-350100最低溫-11度,0度以下維持3小時(shí)G-4(H)硫酸銨冰用量(g)硫酸銨用量(g)溫度變化圖形編號(hào)5037.5最低溫-13度,0度以下維持4小時(shí)*H-1 5025最低溫-12度,0度以下維持3小時(shí)H-22550最低溫-6度,0度以下維持2小時(shí)H-35050最低溫-8度,0度以下維持2.5小時(shí)H-4(I)碳酸

8、銨冰用量(g)碳酸銨用量(g)溫度變化圖形編號(hào)10014最低溫-2度,0度以下維持5小時(shí)*I-110050最低溫-2度,0度以下維持5小時(shí)I-2100 7最低溫-2度,0度以下維持5小時(shí)I-35050最低溫-2度,0度以下維持1小時(shí)I-4(J)溴化鉀冰用量(g)溴化鉀用量(g)溫度變化圖形編號(hào)10056最低溫-11度,0度以下維持6小時(shí)*J-1100100最低溫-11度,0度以下維持6小時(shí)J-210028最低溫-9度,0度以下維持5小時(shí)J-350100最低溫-9,0度以下維持3小時(shí)J-4(K)硝酸鈉冰用量(g)硝酸鈉用量(g)溫度變化圖形編號(hào)10087最低溫-17度,0度以下維持5小時(shí)*K-1

9、10050最低溫-15度,0度以下維持3小時(shí)K-250100最低溫-15度,0度以下維持2小時(shí)K-3冰+氯化鈉混合溶液冷卻曲線圖中左上角標(biāo)註“*”乃指溶液濃度恰為飽和溶液之濃度。冰+氟化鈉混合溶液冷卻曲線冰+氯化鉀混合溶液冷卻曲線冰+碘化鉀混合溶液冷卻曲線冰+硝酸鉀混合溶液冷卻曲線冰+溴化銨混合溶液冷卻曲線冰+氯化銨混合溶液冷卻曲線冰+硫酸銨混合溶液冷卻曲線冰+碳酸銨混合溶液冷卻曲線冰+溴化鉀混合溶液冷卻曲線冰+硝酸鈉混合溶液冷卻曲線研究討論與思考:冰與鹽類的混合液?？勺鳛槔鋭?。主要原因有二，其一乃：冰溶解時(shí)為吸熱反應(yīng)。其二：則為大部分鹽類溶於水，亦為吸熱反應(yīng)。此兩反應(yīng)造成冰與鹽類混合液冷卻效

10、果佳。（註一）在實(shí)驗(yàn)室或生活實(shí)用經(jīng)?？梢?，而食鹽則更是生活中最實(shí)用且安全的冷劑。至於冰與鹽的比例為何是：？.比較本實(shí)驗(yàn)表（）及圖（）、（）、（）、（）中，我們發(fā)現(xiàn)在冰與氯化鈉的混合溶液中。當(dāng)冰與氯化鈉的濃度在：（亦即：），及：（：）時(shí)，均可降至較低的溫度。而若再增多氯化鈉的量或減少氯化鈉的量，如：（：）及：（：）再冷卻效果上並未提昇，在實(shí)用上則反而過度浪費(fèi)食鹽，故由本實(shí)驗(yàn)上看到冰與食鹽的混合液，再濃度洽為溶解度時(shí)（冰：鹽：）(註二)，即可降至低溫及維持較久的低溫，且以此比例亦較（：）或（：）為經(jīng)濟(jì)。對(duì)於其他鹽類比較本實(shí)驗(yàn)表(B)及圖(B-1)、(B-2)、(B-3)、(B-4)可看出當(dāng)冰與氟化

11、鈉混合溶液在溶解度的濃度比例下(註二)，有較低的溫度，及持續(xù)較久的低溫，同樣情形亦可見於：表(C)，圖(C-1)、(C-2)、(C-3)、(C-4)表(D)，圖(D-1)、(D-2)、(D-3)、(D-4)表(G)，圖(G-1)、(G-2)、(G-3)、(G-4)表(H)，圖(H-1)、(H-2)、(H-3)、(H-4)表(K)，圖(K-1)、(K-2)、(K-3)再比較表(E)及圖(E-1)、(E-2)、(E-3)、(E-4)。（可看出當(dāng)冰與硝酸鉀混合液再溶解度濃度比例下，及濃度稍高的比例下都可降至較低的溫度，及持續(xù)較久的低溫）同樣情形亦可見於：表(F)及圖(F-1)、(F-2)、(F-3)

12、、(F-4)表(I)及圖(I-1)、(I-2)、(I-3)、(I-4)表(J)及圖(J-1)、(J-2)、(J-3)、(J-4)綜合上面、討論可看出大部分鹽類與冰的混合液濃度洽為溶解度時(shí)，即可有降低溫及持續(xù)低溫的效果，故欲配冰鹽系統(tǒng)的冷劑較經(jīng)濟(jì)而有效的方法，及在濃度上選定溶解度的濃度即可！後記:本次實(shí)驗(yàn)本組同學(xué)從秋天做到夏天，每天早上一到校就到健康中心取冰，再到實(shí)驗(yàn)室稱量藥品，再以保溫杯拿回教室觀察紀(jì)錄溫度一整天，經(jīng)由這個(gè)過程，我們深刻體會(huì)在科學(xué)上，即使是一個(gè)簡(jiǎn)單的討論，在它的背後，卻是很多從事科學(xué)研究者的全心投入，而對(duì)我們而言，卻也無形中培養(yǎng)了我們的耐心，增進(jìn)了我們的實(shí)驗(yàn)技巧。在本實(shí)驗(yàn)過程中，我們特別感謝莊淑斐老師，因?yàn)樗?/p>