國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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低溫沸騰

水一定要到攝氏100度才沸騰嗎?那可不一定!

器材:針筒、熱水

操作過程

水一定要到攝氏100度才沸騰嗎?那可不一定!以下的實驗可以證明喔

1.首先將注射針筒的針頭封閉;方法是將針頭插入強力膠或保麗龍膠,讓膠水浸入針頭,等膠水乾了即可封住針頭。

2.在杯子中裝熱水,並以溫度計測量,確定熱水溫度在攝氏65度以上(小心燙傷喔!)

3.以注射針筒吸取熱水,吸取量大約為針筒長度的三分之一即可,如圖一。

4.將已經封閉針頭的注射針頭插進針筒的頭部(如圖二),接著將針筒活塞用力且迅速的往下拉,就可以看到針筒裡的水沸騰起來囉!(如圖三)

注意:針筒活塞往下拉的速度越快、距離越長,沸騰的情形越明顯。

觀看實驗影片(6.0M)

原理

我們常會認為水要到攝氏100度才會沸騰,但這是在一大氣壓的情況,如果在大氣壓力比較小的環境;例如在高山上,水的沸點就會低於100度。所以在高山上不容易煮熟食物,就是因為水的溫度無法達到攝氏100度。

沸點是「液體的蒸氣壓等於外界大氣壓力時的溫度」,下圖是四種液體在不同溫度的蒸氣壓,由下圖可看出水的蒸氣壓為101.3Kpa(一大氣壓;綠色虛線)時的溫度是攝氏100度亦即當外界大氣壓力是一大氣壓時,水的溫度上升到攝氏100度,其蒸氣壓等於一大氣壓,此時水就沸騰了。同理,如果外界大氣壓力只有三分之一大氣壓力時,水在不到攝氏75度時就會沸騰。

因此注射針筒裡的活塞被拉開時,針筒內的氣壓會變小;只要拉開活塞的距離夠大,針筒內的氣壓夠小時,水就可以沸騰了。

叮嚀的話

1.要成功的操作,針頭與針筒不能漏氣是很重要的因素,因此務必確認針頭有確實的封閉

2.拉開活塞時,不要緩慢的拉開,儘量用力且迅速的拉開效果較佳。

3.拉開活塞,針筒內的空氣在膨脹過程是吸熱反應,因此針筒內的水溫必然會下降。如果要操作第二次,建議先將針筒內的溫水壓出來倒掉,再重新吸取熱水。

4.在教學上建議可以指導學生討論或探討以下問題:(1)依據「不同液體的蒸氣壓」的圖形資料,討論不同液體在不同氣壓下的沸點為何?(2)討論「壓力鍋」的原理與本實驗的原理是否相似?為什麼?(3)以酒精(或丙酮)浸泡熱水,提高酒精溫度後,再以針筒重複本實驗,探究結果有何差異?或是實驗前先以「不同液體的蒸氣壓」的圖形進行預測酒精應先加溫到幾度,才可顯現低溫沸騰的效果?注意:酒精或丙酮為易燃性物質,只能用熱水水浴方式加熱,不可以用點火或電熱方式加熱!

參考資料

Kent Chemistryhttp://www.kentchemistry.com/links/GasLaws/Boilingpointandvaporpressure.htm