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醋酸鈉過飽和溶液及其結晶
by yangsp, 2011-06-28 22:40:51, 人氣(11125)

中學化學示範實驗

Chemical Demonstrations for High School


國立彰化師範大學理學院化學系 提供

【策劃者:楊水平】  【製作者:郭琇鳳  E424011


醋酸鈉過飽和溶液及其結晶

簡介

澄清的溶液在播入晶體後產生大量結晶。

示範步驟

1. 事先製備醋酸鈉過飽和溶液在錐形瓶中,如圖一所示。
2. 用玻棒沾少許的醋酸鈉晶體放入醋酸鈉的過飽和溶液中。
3. 觀察變化現象,如圖二所示,並請學生觸摸錐形瓶。

圖一

圖二  過飽和醋酸鈉溶液

溶液和器材

1. 過飽和醋酸鈉溶液:將 50 g 的 CH3COONa·3H2O(Sodium acetate, trihydrate)和 5 mL 的水放入錐形瓶中攪拌並加熱,直到所有的醋酸鈉(Sodium Acetate)晶體全部溶解,然後置於室溫下冷卻。
2. 錐形瓶一個。
3. 玻棒一 支。
3. 本生燈一個。

原理和概念

1. 在物理化學裡,飽和溶液是一種物質不能夠再溶解更多物質的溶液而且加入額外量的物質將呈現沈澱。若溶液中有雜質存在,則造成溶液為不飽和而且能夠溶解更多的物質,此種溶液變成過飽和溶。飽和溶液為溶質的溶解速率等於結晶速率之溶液,這可由飽和溶液中的晶體顆粒逐漸變大,而剩下的溶質重量卻不變而得知。因此飽和溶液不宜以溶有最大量的溶質的溶液來定義。過飽和溶液較飽和溶液有更多的溶質,這種狀態屬於介穩態,當受到某些刺激(ex:加入一些固體的晶體或晃動使其產生微小的結晶),則此狀態會失去平衡,過多的溶質就會結晶出來,恢復成一個適合此時溫度的穩定平衡狀態(飽和溶液)。

 CH3COONa(s) = CH3COO-(aq) +  Na+(aq)

教學提示

1. 冷卻時可以用鋁箔將它包起來,避免因溫度突然下降很大而於冷卻的過程之中就結晶出來。
2. 若冷卻之後卻得到晶體,可以加少許的水後再加熱,直到溶液在室溫時為一澄清的溶液為止,可多試幾次。醋酸鈉晶體可重複使用。

問題和參考答案

1. 此實驗發生了什麼現象?
答: 溶液產生了結晶,而且放出大量的熱,摸錐形瓶時可感受到放熱。
2.  這個反應是物理變化抑或是化學變化?
答: 若物理變化及化學變化的分野端視反應是否產生新物質來定,則此實驗應包括物理變化和化學變化。
以食鹽溶於水為例,NaCl
(s)= Na+(aq) + Cl-(aq)雖然一般將溶解解釋為物理變化,但是細究之後,不難發現食鹽在溶解之後,其離子便會與水產生水合離子,由微觀的觀點來看,溶解前後的物質並不相同,應視為化學反應,可見溶解的過程同時包含物理及化學變化。同理,結晶的形成應與溶解相似,其過程應同時包含物理及化學變化。
3. 製備過飽和溶液時,為什麼要包覆鋁箔讓溫度慢慢冷卻?
答: 避免因溫度差異大而有晶體於冷卻的過程就結晶出來。
市面上有一種熱敷包,其運用的原理即是利用過飽和溶液結晶時會放出大量的熱,再次使用時只要將它置於沸水中,使用時只要將熱敷包中一個彈簧的金屬掣片撥弄即會發生結晶的現象並放出熱來。(其目的在讓CH
3COO-、Na+及 H2O有較大的機率以特定的方位碰撞在一起,形成晶體當作晶種。)
註:市售的熱敷包並不便宜,一般依其大小而有不等的價格約NT$500---1000元不等。

參考資料

1. Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd ed., 1988, Volume 1, pp 37-38, Washington, D.C., American Chemical Society.

適用程度

國民小學 ˇ國民中學 ˇ高級中學 大學普通化學

安全

 示範這個實驗必須戴安全眼鏡及可丟棄的手套。
 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。

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