熱冰---結晶後的過飽和醋酸鈉溶液

簡介

配製一過飽和醋酸鈉溶液，當加入醋酸鈉的晶體時，就會立即結晶，而此結晶會充滿整個錐形瓶，其樣子就像水結冰似的，而且用手摸時會有熱熱的感覺，故稱其為「熱冰」。

示範步驟

1.	取一 250 mL 之錐形瓶，裝 50 mL 的蒸餾水，加入醋酸鈉使其溶於水中，直到無法溶解為止。
2.	在錐形瓶內再多加一倍量的醋酸鈉，然後放到電熱板上加熱使其完全溶解，造成過飽和溶液。
3.	將溶解完的醋酸鈉溶液，用少許的蒸餾水清洗錐形瓶的內壁之醋酸鈉，再放到室溫下，使其慢慢地冷卻，若無其他因素，應可成過飽和的溶液，如圖一所示。
4.	在做好的過飽和醋酸鈉溶液中，加入一些醋酸鈉晶體，會使溶液迅速的結晶，並會放出大量的熱量，如圖二所示。
註：步驟1~3可先在上課前先完成，較不會耽誤上課的時間。

圖一	圖二

溶液和器材

1.	醋酸鈉約四分之一瓶。
2.	蒸餾水少量。
3.	電熱板一個。
4.	250 mL 錐形瓶一個(盡量洗乾淨)。
5.	面紙若干。
6.	滴管一支。

原理和概念

1.	此反應的反應式為：CH3COONa•3H2O(s) + nH2O(l) <==> CH3COO-(aq) + Na+(aq) + (3+n)H2O
2.	由反應式可知，過飽和溶液中含有醋酸根離子、鈉離子和水分子，當我們加入醋酸鈉晶體時，便給予溶液一種趨力，使其結晶。
3.	要使過飽和的醋酸鈉結晶有三個條件：動能、機率和方位。而我們加入醋酸鈉晶體，是提供其結晶時所須之機率和方向的條件。
4.	由反應式可知，當溶液中的粒子結晶時，即反應向左進行，會放出熱，這就是為什麼錐形瓶摸起來會熱熱的原因。
5.	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。

教學提示

1.	製備醋酸鈉的飽和溶液的錐形瓶內不可有其他的髒東西，且因為藥品有時可能因不純的緣故會有雜質的存在，在加熱的過程中，可利用滴管將錐形瓶中的雜質吸出。
2.	加熱的過程中，不可使溶液沸騰。
3.	移動已準備好的過飽和溶液時，要小心的移動，不可使其搖動過於激烈，否則可能會在移動的過程中產生結晶，而功敗垂成。
4.	此醋酸鈉過飽和溶液可以重複使用，當其結晶之後，再加熱後使其慢慢地冷卻，便可恢復成原來的過飽和溶液，因為加熱可使反應向右進行，使晶體溶解在水中，呈離子的狀態。
5.	市面上有一種稱為熱敷包的東西，即是應用此原理而製造出來的，在示範此實驗時，可拿來給學生看或示範之。

問題和參考答案

1.	試解釋為何飽和醋酸鈉溶液在結晶時，摸起來會熱熱的？
答:	由下面的反應式可知，當其結晶時，反應是向左進行，因為會放出熱量，故摸起來會熱熱的。  CH3COONa•3H2O(s) + nH2O(l) <==> CH3COO-(aq) + Na+(aq) + (3+n)H2O

參考資料

1.	Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd Ed., 1988, Volume 2, pp 121~122, Washington, D.C., American Chemical Society.
2.	Ebbing, Darrell D. and Wrighton, Mark S. General Chemistry, Third Edition, 1990, pp 460-463, Houghton Mifflin company, Boston. 以上文章引用自： http://blog.ncue.edu.tw

<Note>

摸起熱熱的喔，隨著濃度越濃，放熱越多，因為此溶質溶解為放熱。亦有人將此實驗稱為"冰凍神指"!下次不妨便個魔術給大家看看吧!

攜出的原由為手上的不規則碎屑，但效果並不顯著。改用溶質晶體做為晶種會好些。

太濃會出現白色混濁為正常現象。