海博熔煉實驗初探[J]. 本文關(guān)鍵詞為：海博論文。 本文檔不代表本站觀點。 內(nèi)容僅供學術(shù)參考。 文章僅供參考、閱讀和下載。
在以前的高中數(shù)學課本中，萘總是被用于晶體熔煉和熔化實驗。 20世紀80年代，我國小學數(shù)學班主任詳細研究了萘實驗的課堂演示方法和中學生實驗成功的要點，取得了很多寶貴的經(jīng)驗。 這個實驗已經(jīng)成為比較成熟的學校數(shù)學實驗。 但近年來，由于考慮到萘對人體可能產(chǎn)生的不良影響，國家不允許在學校數(shù)學教學中使用萘，目前的新版教材大多被海博替代。 由于海波對大多數(shù)學校數(shù)學班老師來說并不熟悉，其化學性質(zhì)與萘有較大差異，在實際教學中會遇到很多問題。 本文就實驗中觀察到的一些現(xiàn)象進行了討論，并尋求解決的辦法。
【實驗一】
1、實驗目的：觀察海浪的消融現(xiàn)象，找出問題所在。
2、實驗器材：鐵架1套，400ml燒瓶1個，直徑4.8分米試管1支，次氯酸鈉粉（十水氫氧化鈉，照相館用）30克，煤油溫度計2個，300瓦小電爐1個、石棉網(wǎng)1個、水適量、自制鋼絲攪拌器1個。
3、實驗方法：水浴加熱法，將溫濕度計的液泡置于試管側(cè)壁上部，處于亞晶內(nèi)但不接觸玻璃壁，用溫濕度計測溫。其他溫度計，溫差控制在3℃左右。 攪拌低。
4、溫度-時間曲線如圖1所示。
5、圖1說明：
① AB段次體溫固，溫度下降。 從44°C開始，海波水晶給人冰冷的感覺。 AB 部分計時 6 分鐘：
②BC段為海浪融化過程。 固態(tài)海浪逐漸減小，液態(tài)海浪逐日增加。 氣溫基本不變，但有溫和回升跡象。 BC段平均水溫46.9℃，BC段時間16分鐘；
③CD段海浪放熱溫度為液態(tài)，溫度下降。 這一段的海浪應該都是液態(tài)的，但實際上總有少量的固態(tài)物質(zhì)，在53.8℃時都會變成液態(tài)，只是升溫速度不一致；
④ D點后，將試管頂部溶解于8℃溫水中（海面低于海浪面）降溫。 海浪從55.0℃降到40.0℃只需要一分鐘，但仍然全是液態(tài)，屬于過冷現(xiàn)象；
⑤ 在EF段，少量的海波晶體作為凝結(jié)核被扔進過冷的海波液體中，海波的體溫從40.0℃迅速升高到47.0℃，釋放出大量的熱量并開始同時融化；
⑥FG段為液態(tài)海波融化過程，液態(tài)海波逐漸減小，固態(tài)海波逐日增加，溫度變化不大。
⑦GH段應該是固體海浪吸熱，溫度升高，但實際上在溫度從46.0℃快速升高到43.8℃之間，仍有少量液態(tài)物質(zhì)存在；
⑧在大部分實驗過程中，試管內(nèi)波浪上方的玻璃壁上總會附著一些小水珠，影響觀察波浪的溫度；
六、需要解決的問題：
①實驗一用了45分鐘，太長了。 怎樣才能把整個實驗時間控制在20分鐘左右呢？
②BC段和FG段不理想。 從理論上講，這兩個部分的溫度應該保持不變，但實驗中的濕度是不穩(wěn)定的。 如何解決這個問題呢？
③CD切面不理想，總是有少量固體物，什么是固體物？ 沒有固體物質(zhì)怎么行？ GH段很不理想，總是有少量液態(tài)物質(zhì)，這個液態(tài)物質(zhì)是什么？ 怎樣才能做到不含液態(tài)物質(zhì)呢？
④ 如何解決過冷現(xiàn)象
⑤實驗記錄開始時（44.0℃），海波水晶給人冰冷感覺的原因是什么？ 試管內(nèi)壁附著的小水珠是不是海博丟失的結(jié)晶水？
七、實驗概念：
通過實驗，我們可以研究試管的半徑，海浪的質(zhì)量，水和海浪的溫差，測量海浪體溫的溫度計氣泡的位置，海浪晶體的粒徑大小，海浪是否攪動，試管口是否密封，結(jié)晶核種類五水氫氧化鈉和十水氯化鈉，從而找到解決技術(shù)。
【實驗二】
1、實驗目的：主要是觀察檢測低溫體溫的溫度計的液泡應該放在哪里，以及研究實驗構(gòu)思中的其他問題。
2、實驗設備：與實驗一基本相同，半徑為4.8分米的試管一個，煤油溫度計一個，兩支試管各裝粉末狀五水甲基氯化鈉（分析純）20克。
3、操作特點：兩支試管同時溶入水底，一號試管海浪中的濕度計氣泡緊貼側(cè)壁但不接觸玻璃壁，濕度計氣泡試管二中的海浪位于試管頂部中央但不接觸玻璃壁，溫差控制在4℃左右。
4、溫度-時間曲線如圖2所示。
5、實驗分析：
① 從圖2可以看出，兩條曲線的變化非常相似，尤其是在第28分鐘。 從0到28分鐘，我們沒有激起海浪。 當兩個試管里的海浪大部分已經(jīng)融化，溫度幾乎同時升高的時候，我們在第28分鐘同時攪拌，海浪的溫度同時升高。 再次上升。 這表明亞晶的導熱性很差。 攪拌只能使試管中每一種碳化物表面的空氣溫度均勻，而不能使同一碳化物的表面和內(nèi)部濕度均勻。 這個圖也反映了溫度計液泡的側(cè)壁和頂部中心沒有太大的區(qū)別，在頂部中心稍微好一些，因為它的曲線在反映熔化過程時比較平坦。
②對比圖1和圖2晶體放熱溫度下降曲線，發(fā)現(xiàn)圖2的斜率比圖1的斜率小，當海浪的質(zhì)量從30克減少到20克時，溫度相差從3℃增加到4℃，斜率反而變小，說明五水氫氧化鈉的導熱性比十水甲基氯化鈉差。 可見本實驗使用十水氫氧化鈉可能效果更好。
③ 圖2中的這兩條曲線始終保持著一定的溫差，即使在液態(tài)的放熱加熱過程中也是如此。 這表明試管側(cè)壁和頂部中心的海浪溫度不會有太大差異。 兩條曲線的溫差是由溫度計的不同造成的。
【實驗三】
1、實驗目的：主要觀察密封試管口，將雙曲晶體磨細的療效。
2、實驗設備：與實驗一基本相同，不同之處在于使用了實驗中使用的濃縮球狀海波（五水氫氧化鈉），并將其研磨成更細的粉末。 20 克。
3、操作特點：試管口用泡沫塑料密封，溫度計液泡插入試管頂部中央，溫差3℃。 只有當海浪開始融化時才攪拌。
4、溫度-時間曲線如圖3所示。
5、實驗分析：
① 從Tt圖可以看出“曲線形狀”比較滿意，說明密封試管口、將雙曲晶體磨細、溫差控制在3℃左右、攪拌等措施正確是有效的，也表明 Hypo 可以重復使用。
②融化過程用了19分鐘，還是太長了，海浪的質(zhì)量要降低。
【實驗四】
1、實驗目的：主要是研究海浪的好壞，“溫差”多大為好，同時觀察滴落的熱水對液態(tài)海浪的融化是否有影響。
2、實驗設備： 與實驗一基本相同，但換用半徑為1.0分米的小試管，內(nèi)裝有五葉草粉末5克。
3、操作特點：溫度計液泡置于試管外壁下，不接觸玻璃壁，溫差控制在4℃，海浪熔化時才進行攪拌。
4、溫度-時間曲線如圖4所示。
5、實驗分析：
① 從圖中可以看出，海博從43.8℃上升到55℃用了15分鐘，教學時間上還是比較滿意的，但是融化過程中的體溫并沒有很好的保持，這已經(jīng)與溫差大有一定關(guān)系，應根據(jù)前人實驗進行修正。
②當液態(tài)海浪的溫度下降到20℃（過冷）時，滴幾滴8℃的溫水進去，發(fā)現(xiàn)液態(tài)海浪無法融化。
【實驗五】
1.實驗目的：按實驗4修改實驗方法，觀察療效。
2.實驗設備：同實驗4。
3、操作特點：溫度計氣泡位置同實驗4，溫差控制在3℃，從44℃開始攪拌，70mg粉狀投入溫度降至48℃時為液態(tài)，為冷凝成核，不斷攪拌。
4、溫度-時間曲線如圖5所示。
5、實驗分析：
①曲線能大致反映晶體的熔化和熔化規(guī)律；
②在液態(tài)海波溫度下降到熔點之前，拋撒粉狀海波晶作為凝結(jié)核，可以簡單解決過冷問題。 當溫度達到45.2℃時，海浪完全融化；
③整個實驗用時22分鐘，比較滿意。
【實驗六】
1、實驗目的：探索實驗中的其他問題。
2、四項實驗結(jié)果：
①藥液海波冷卻后，投入一定量的粉筆灰作為凝核，發(fā)現(xiàn)療效不理想，混合物呈渾濁粥狀，不能速溶；
② 將裝有液體 Hypo 的試管溶解在 8°C 的溫水中。 15.5 分鐘后，Hypo 的溫度從 51.5°C 降至 10.0°C，并保持液態(tài)。 34℃時，液體中出現(xiàn)少量棒狀晶體。 當投入少量亞晶時，液態(tài)亞晶迅速熔化，溫度從 10.0°C 急劇上升至 31.5°C。
③取兩個半徑為2.73分米的試管，各裝5克粉狀次晶（甲基氯化鈉五水合物）。 兩個試管中 Hypo 的質(zhì)量凈增加 50 微克，或質(zhì)量減少 1%。 我們測試質(zhì)量的目的，本來就是想測試海博在這種實驗中損失了多少結(jié)晶水。 出乎意料的是海波的熔化和凝固實驗，它的質(zhì)量在實驗后下降了。 不知道是什么原因？ 查閱化工資料發(fā)現(xiàn)，海波水晶在100℃時失去結(jié)晶水。 那么，試管內(nèi)壁上的小水滴是從哪里來的呢？
④取海波晶30克。 當海波溫度升至49℃（即超過海波的熔點）時，下部為不經(jīng)攪拌即已熔化的液態(tài)海波，上部為少量未熔化的固體物質(zhì). 取出下部的液態(tài)海波，待其自然融化后，研磨成粉末，取其20克再做此實驗，發(fā)現(xiàn)此海波在49℃時不能完全熔化，直至溫度下降到 52.5°C 時熔化完成。 可以看出，我們每次實驗，當海浪呈現(xiàn)液態(tài)放熱溫降的狀態(tài)時，里面總是富含少量的固體物質(zhì)，不是別的，永遠是海浪晶體。
綜合以上實驗可知，如果采用教材介紹的實驗裝置進行海浪熔化實驗，可注意以下幾點：（1）選擇試管半徑為 2.7 分米或更?。? (2)海浪 (3)水與海波的溫差應控制在3℃左右(2.5-3.5℃)； (4)將海波晶磨成粉； (5)檢測 低溫體溫的溫度計液泡應在試管頂部中心的低波內(nèi)，但不與試管頂部接觸； (6)待亞波晶體溫度升至44℃時攪拌； 如果溫度下降到48℃（海博的熔點），比如49℃時，就需要投入海博粉作為凝結(jié)核，需要攪拌。 用粉筆灰作凝結(jié)核療效很差； (8)十水甲基氯化鈉是照相館用的海浪。 導熱性優(yōu)于實驗室使用的分析純五水氯化鈉，療效也更好； (9)測試時密封試管口也有積極作用，但盡量不要影響溫度計的觀察。
遺憾的是，雖然我們滿足了這些要求，但只能從Tt圖中看到部分晶體的熔化和熔化規(guī)律，還有很多問題無法解決，包括：①當海博早已存在時液體放熱溫度下降，仍有少量次晶，51℃以上才全部為液體，中學生很難解釋清楚。 此時之所以會出現(xiàn)少量的海浪晶，可能是海浪的導熱能力太差了。 當大部分海浪已經(jīng)處于液態(tài)，放熱上升，少量的海浪晶體來不及融化； ，對于中學生來說，計劃工作和操作是相當困難的。 如果作為班主任的示范實驗，5-10克夸張的可見范圍太小了。 針對這兩點，我們對實驗進行了如下改進：如圖7所示，將試管換成U型玻璃管（噴嘴半徑1.2分米，高度15分米，左右管之間的距離為3分米），用鐵絲繞一個小圈（圖），蓋上紗布（從口罩獲得），裝在左管下方。 取海波晶（分析純）20克，研成粉末，直接放入左管中。 將水銀溫度計 c 的液泡插入波浪頂部的中心并接觸紗布。 在重力的作用下，紗布的中心向上突出。 右管頂部還插入了一個水銀溫度計d，用來檢測液態(tài)海浪的體溫。 將燒瓶換成大一點的，可以放在U型玻璃管中，用另一個水銀溫度計檢查溫度。 整個實驗過程無需攪拌，只要控制并記錄水與海浪的溫差即可。 實驗中記錄的溫度-時間曲線如圖6所示，海波晶體在48℃熔化時可以相當穩(wěn)定。 雖然溫差在4℃到10℃之間波動，但海波的溫度也能保持穩(wěn)定。 液體缺氧經(jīng)紗布過濾后流入右管。 它是完全透明的液體，不含固體物質(zhì)。 由于溫度計液泡所在的紗布向上突出，雖然只剩下少量的亞晶，同樣包裹在液泡上海波的熔化和凝固實驗，但也能將溫度穩(wěn)定在48℃。 其實用了20克海波，但是因為溫差加大了很多，所以海波從46℃升到53℃只用了不到15分鐘的時間。 經(jīng)過這樣的改進，實驗操作簡單，但晶體熔化規(guī)律更加明顯。
我們做了這些探索，雖然掌握了一些規(guī)律，但還有以下問題需要進一步研究：
①當海波水晶還沒有達到熔點時，給人一種悶熱的感覺，為什么？
②實驗過程中，試管內(nèi)壁明顯附著小水珠，但海浪質(zhì)量在實驗后下降了1%，而不是沒有下降。 為什么？
③如何更好地處理過冷問題？
④在很多材料中，海博的熔點不是48℃，而是40℃～45℃。 為什么？ 在《無機鹽工業(yè)指南》（第一卷，物理工業(yè)出版社1996年6月第2版）中，明確強調(diào)海波的轉(zhuǎn)變溫度為48℃。 什么是轉(zhuǎn)變溫度？
⑤通常冰的熔化熱為335J/g，萘的熔化熱為151J/g，海波晶的熔化熱為603J/g，海波晶的熔化熱是萘的4倍，萘的1.8倍冰時間。 Hybo晶體在熔化的時候需要吸收更多的熱量，這也是為什么不容易用Haibo做這個實驗的原因之一。 有沒有更適合這個實驗的晶體？ 是否可以在適當?shù)谋Ｕ洗胧┫轮匦驴紤]使用萘？
⑥ 本文提到的改進實驗方法在觀察亞晶的熔化方面比較令人滿意，但在觀察亞晶的放熱加熱過程和液態(tài)亞晶的放熱加熱過程方面還存在一些問題。