7. (2025·江苏泰州模拟)在寒冷的冬天,市场上各种各样的发热袋热销。某跨学科实践小组对发热袋的原理展开探究并进行简易发热袋的制作。
任务一:探究发热袋的原理
【展开调查】有一种发热产品“掰掰热”暖手袋(密封性好)如图所示,用手掰一下袋内的金属片,溶液便迅速结晶,温度就会升高;再次使用时,只要把“掰掰热”放入沸水中加热,使袋内固体消失后,再次掰一下袋内的金属片,温度便又会升高。因此,此产品可反复使用。

【查阅资料】袋内的液体是醋酸钠的“过饱和溶液”。
Ⅰ. 当溶液中溶质的质量分数已超过该温度和压力下饱和溶液的溶质质量分数,而溶质仍不析出的现象叫过饱和现象,此时的溶液称为过饱和溶液。
Ⅱ. 醋酸钠“过饱和溶液”是一种处于不稳定状态的溶液,若溶液受到振动或者向溶液中加入溶质晶体,溶液中便会出现晶核——溶质析出的聚集中心,这时溶液中过量溶解的溶质就会析出而成为饱和溶液,即转化为稳定状态。
【交流讨论】(1)分析问题:根据上述资料,回答如下问题:
①在使用过程中,“掰掰热”暖手袋内液体中产生的固体物质是
②“掰掰热”暖手袋内金属片的作用是
③醋酸钠的“过饱和溶液”结晶的过程是一个
④实验室的桌面上现有一个装有醋酸钠“过饱和溶液”的烧杯,若要使溶质从溶液中析出,可采取下列方法中的
a. 加入少量醋酸钠晶体
b. 摩擦烧杯壁
c. 过度冷却
d. 用玻璃棒搅拌
任务二:简易发热袋的模拟制作
【查阅资料】如表所示为不同温度下醋酸钠的溶解度(已知蒸馏水的密度为 1g·cm⁻³)。

【溶液配制】配制一定浓度的过饱和醋酸钠溶液。
第 1 步:20℃时,取一只 250mL 的烧杯,装 50mL 的蒸馏水,加入一定量醋酸钠使其溶于水中,直到无法溶解为止。
第 2 步:在烧杯内再多加一倍量的醋酸钠,然后加热使其完全溶解。
第 3 步:将溶解完的醋酸钠溶液放到室温下,使其慢慢地冷却,无晶体析出,形成 20℃时的过饱和溶液。
(2)①在配制醋酸钠的过饱和溶液时,需要用到的实验器材有铁架台、陶土网、酒精灯、温度计、天平、
②第 1 步中,加入烧杯中的醋酸钠的质量至少为
③第 3 步中,醋酸钠溶液冷却至室温的过程中,溶液的溶质质量分数
【溶液包装】(3)在为“掰掰热”选择外部包装时,应注意所选材料要具备
【交流反思】(4)实验后,小组同学对实验中的注意事项进行了反思总结:为了防止有杂质进入溶液中,引起溶液结晶,制备溶液时应
任务一:探究发热袋的原理
【展开调查】有一种发热产品“掰掰热”暖手袋(密封性好)如图所示,用手掰一下袋内的金属片,溶液便迅速结晶,温度就会升高;再次使用时,只要把“掰掰热”放入沸水中加热,使袋内固体消失后,再次掰一下袋内的金属片,温度便又会升高。因此,此产品可反复使用。
【查阅资料】袋内的液体是醋酸钠的“过饱和溶液”。
Ⅰ. 当溶液中溶质的质量分数已超过该温度和压力下饱和溶液的溶质质量分数,而溶质仍不析出的现象叫过饱和现象,此时的溶液称为过饱和溶液。
Ⅱ. 醋酸钠“过饱和溶液”是一种处于不稳定状态的溶液,若溶液受到振动或者向溶液中加入溶质晶体,溶液中便会出现晶核——溶质析出的聚集中心,这时溶液中过量溶解的溶质就会析出而成为饱和溶液,即转化为稳定状态。
【交流讨论】(1)分析问题:根据上述资料,回答如下问题:
①在使用过程中,“掰掰热”暖手袋内液体中产生的固体物质是
醋酸钠晶体
。②“掰掰热”暖手袋内金属片的作用是
促进过饱和醋酸钠溶液结晶
。③醋酸钠的“过饱和溶液”结晶的过程是一个
放热
(填“吸热”或“放热”)过程。④实验室的桌面上现有一个装有醋酸钠“过饱和溶液”的烧杯,若要使溶质从溶液中析出,可采取下列方法中的
abd
(填序号)。a. 加入少量醋酸钠晶体
b. 摩擦烧杯壁
c. 过度冷却
d. 用玻璃棒搅拌
任务二:简易发热袋的模拟制作
【查阅资料】如表所示为不同温度下醋酸钠的溶解度(已知蒸馏水的密度为 1g·cm⁻³)。
【溶液配制】配制一定浓度的过饱和醋酸钠溶液。
第 1 步:20℃时,取一只 250mL 的烧杯,装 50mL 的蒸馏水,加入一定量醋酸钠使其溶于水中,直到无法溶解为止。
第 2 步:在烧杯内再多加一倍量的醋酸钠,然后加热使其完全溶解。
第 3 步:将溶解完的醋酸钠溶液放到室温下,使其慢慢地冷却,无晶体析出,形成 20℃时的过饱和溶液。
(2)①在配制醋酸钠的过饱和溶液时,需要用到的实验器材有铁架台、陶土网、酒精灯、温度计、天平、
量筒(合理即可)
等。②第 1 步中,加入烧杯中的醋酸钠的质量至少为
23.2
g,所得溶液的溶质质量分数为32%
(结果精确到 1%)。③第 3 步中,醋酸钠溶液冷却至室温的过程中,溶液的溶质质量分数
不变
(填“变大”“变小”或“不变”)。【溶液包装】(3)在为“掰掰热”选择外部包装时,应注意所选材料要具备
耐热性好(合理即可)
(写出一条即可)的性能。【交流反思】(4)实验后,小组同学对实验中的注意事项进行了反思总结:为了防止有杂质进入溶液中,引起溶液结晶,制备溶液时应
使用洁净的仪器(合理即可)
(写一条即可)。答案
7. (1)①醋酸钠晶体 ②促进过饱和醋酸钠溶液结晶 ③放热 ④abd
(2)①量筒(合理即可) ②23.2 32% ③不变
(3)耐热性好(合理即可) (4)使用洁净的仪器(合理即可)
点拨:(1)①由题意可知,醋酸钠溶液结晶产生固体,则在使用过程中,“掰掰热”暖手袋内液体中产生的固体物质是醋酸钠晶体。②由题意可知,若溶液受到振动或者向溶液中加入溶质晶体,溶液中便会出现晶核,则“掰掰热”暖手袋内金属片的作用是促进过饱和醋酸钠溶液结晶。③由“掰掰热”暖手袋的作用可知,醋酸钠的“过饱和溶液”结晶的过程是一个放热过程。④在醋酸钠过饱和溶液中加入少量醋酸钠晶体,会促进溶液结晶,故a符合题意;摩擦装有醋酸钠过饱和溶液的烧杯壁使其产生振动,会促进溶液结晶,故b符合题意;将醋酸钠过饱和溶液过度冷却,冷却过程中无晶体析出,不会促进溶液结晶,故c不符合题意;醋酸钠过饱和溶液受到振动会析出晶体,则用玻璃棒搅拌会产生晶体,故d符合题意;故选abd。(2)①在配制醋酸钠的过饱和溶液时,需要用到的实验器材有铁架台、陶土网、酒精灯、温度计、天平、量筒、烧杯和玻璃棒等。②由表格信息可知,20℃时醋酸钠的溶解度为46.4g,50mL水的质量为50g,其中最多能溶解醋酸钠的质量为23.2g,所得溶液为20℃时的饱和溶液,则所得溶液的溶质质量分数为$\frac{23.2g}{50g + 23.2g}×100\%≈32\%$。③醋酸钠溶液冷却过程中没有晶体析出,即溶质和溶液的质量不变,则溶液的溶质质量分数不变。(3)“掰掰热”内有醋酸钠过饱和溶液,析出晶体时会发热,为人提供热量,所以在为“掰掰热”选择外部包装时,应注意所选材料要具备耐热性好,不与醋酸钠反应等性质。(4)为了防止有杂质进入溶液中,引起溶液结晶,制备溶液时应使用洁净的仪器。
(2)①量筒(合理即可) ②23.2 32% ③不变
(3)耐热性好(合理即可) (4)使用洁净的仪器(合理即可)
点拨:(1)①由题意可知,醋酸钠溶液结晶产生固体,则在使用过程中,“掰掰热”暖手袋内液体中产生的固体物质是醋酸钠晶体。②由题意可知,若溶液受到振动或者向溶液中加入溶质晶体,溶液中便会出现晶核,则“掰掰热”暖手袋内金属片的作用是促进过饱和醋酸钠溶液结晶。③由“掰掰热”暖手袋的作用可知,醋酸钠的“过饱和溶液”结晶的过程是一个放热过程。④在醋酸钠过饱和溶液中加入少量醋酸钠晶体,会促进溶液结晶,故a符合题意;摩擦装有醋酸钠过饱和溶液的烧杯壁使其产生振动,会促进溶液结晶,故b符合题意;将醋酸钠过饱和溶液过度冷却,冷却过程中无晶体析出,不会促进溶液结晶,故c不符合题意;醋酸钠过饱和溶液受到振动会析出晶体,则用玻璃棒搅拌会产生晶体,故d符合题意;故选abd。(2)①在配制醋酸钠的过饱和溶液时,需要用到的实验器材有铁架台、陶土网、酒精灯、温度计、天平、量筒、烧杯和玻璃棒等。②由表格信息可知,20℃时醋酸钠的溶解度为46.4g,50mL水的质量为50g,其中最多能溶解醋酸钠的质量为23.2g,所得溶液为20℃时的饱和溶液,则所得溶液的溶质质量分数为$\frac{23.2g}{50g + 23.2g}×100\%≈32\%$。③醋酸钠溶液冷却过程中没有晶体析出,即溶质和溶液的质量不变,则溶液的溶质质量分数不变。(3)“掰掰热”内有醋酸钠过饱和溶液,析出晶体时会发热,为人提供热量,所以在为“掰掰热”选择外部包装时,应注意所选材料要具备耐热性好,不与醋酸钠反应等性质。(4)为了防止有杂质进入溶液中,引起溶液结晶,制备溶液时应使用洁净的仪器。
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