醋酸钠过饱和溶液及其结晶

简介

澄清的溶液在播入晶体后产生大量结晶。

示范步骤

1. 用玻棒沾少许的醋酸钠晶体。

2. 放入醋酸钠的过饱和溶液中，如图一所示。

3. 观察变化现象，如图二所示，并请学生触摸锥形瓶。

溶液和器材

1. 过饱和醋酸钠溶液：将 50 g 的 CH₃COONa·3H₂O（Sodium acetate, trihydrate）和 5 mL 的水放入锥形瓶中搅拌并加热，直到所有的醋酸钠（Sodium Acetate）晶体全部溶解，然后置于室温下冷却。

2. 锥形瓶一个。

3. 玻棒一 支。

3. 本生灯一个。

原理和概念

饱和溶液为溶质的溶解速率等于结晶速率之溶液，这可由饱和溶液中的晶体颗粒逐渐变大，而剩下的溶质重量却不变而得知。因此饱和溶液不宜以溶有最大量的溶质的溶液来定义。过饱和溶液较饱和溶液有更多的溶质，这种状态属于介稳态，当受到某些刺激（ex：加入一些固体的晶体或晃动使其产生微小的结晶），则此状态会失去平衡，过多的溶质就会结晶出来，恢复成一个适合此时温度的稳定平衡状态（饱和溶液）。

　CH₃COONa_(S) = CH₃COO^-₍aq) +  Na⁺₍aq)

教学提示

1. 冷却时可以用铝箔将它包起来，避免因温度突然下降很大而于冷却的过程之中就结晶出来。

2. 若冷却之后却得到晶体，可以加少许的水后再加热，直到溶液在室温时为一澄清的溶液为止，可多试几次。醋酸钠晶体可重复使用。

问题和参考答案

1.   此实验发生了什么现象？

答: 溶液产生了结晶，而且放出大量的热，摸锥形瓶时可感受到放热。

2.  这个反应是物理变化抑或是化学变化？

答:  若物理变化及化学变化的分野端视反应是否产生新物质来定，则此实验应包括物理变化和化学变化。
以食盐溶于水为例，NaCl_(S) = Na⁺_(aq) + Cl^-_(aq)，虽然一般将溶解解释为物理变化，但是细究之后，不难发现食盐在溶解之后，其离子便会与水产生水合离子，由微观的观点来看，溶解前后的物质并不相同，应视为化学反应，可见溶解的过程同时包含物理及化学变化。同理，结晶的形成应与溶解相似，其过程应同时包含物理及化学变化。

3.   制备过饱和溶液时，为什么要包覆铝箔让温度慢慢冷却？

答: 避免因温度差异大而有晶体于冷却的过程就结晶出来。
市面上有一种热敷包，其运用的原理即是利用过饱和溶液结晶时会放出大量的热，再次使用时只要将它置于沸水中，使用时只要将热敷包中一个弹簧的金属掣片拨弄即会发生结晶的现象并放出热来。（其目的在让CH₃COO^-、Na⁺及 H₂O有较大的机率以特定的方位碰撞在一起，形成晶体当作晶种。）
注：市售的热敷包并不便宜，一般依其大小而有不等的价格约NT$500---1000元不等。

安全

 ● 示范这个实验必须戴安全眼镜及可丢弃的手套。

 ● 示范这个实验实行适当的风险评估是老师的责任。

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