《2025年新课程问题解决导学方案九年级化学下册沪教版》

发热袋的模拟制作
活动任务一：研究发热袋的发热原理及使用方法
【资料收集】
1. 发热袋的制作
常温下，将醋酸钠($\mathrm{CH}_{3}\mathrm{COONa}$)固体与水按$3:1$的质量比放入烧杯中，用热水浴的方式使烧杯中的醋酸钠完全溶解后，把溶液倒进一个较厚的塑料软袋，袋中放一块可因扭曲而产生振动的金属薄片(如薄铁片)，密封好软袋并静置冷却，发热袋就制作好了。
2. 发热袋的发热原理
在一定温度下，当溶液中溶质与水的质量比超过了该温度下溶质的溶解度的限量，而没有溶质析出的现象被称为过饱和现象，此时的溶液称为过饱和溶液。自动发热袋里面的液体就是醋酸钠($\mathrm{CH}_{3}\mathrm{COONa}$)的过饱和溶液。
过饱和溶液是一种不稳定的液体，遇到外界轻微的振荡刺激时，会“启动”溶质的结晶过程。扭动醋酸钠过饱和溶液中的金属片，使其产生振动，醋酸钠就会开始出现结晶，直至全部结晶完成，变成较稳定的固体。这个结晶过程是放热过程，使发热袋放出热量。
3. 使用方法
扭动金属片，发热袋内的液体开始出现结晶，同时产生热量，用手搓揉发热袋$3～5$秒左右，可使发热袋散热均匀。发热袋的最高温度可达$50\ ^{\circ}\mathrm{C}$左右，小心烫伤！当袋内液体完全结晶并不再发热时，将发热袋放进热水加热大约$5～15$分钟，待结晶体全部融化成液体并冷却后，即可循环使用。
【解决问题】
1. 一定温度下，醋酸钠的过饱和溶液与醋酸钠饱和溶液，其溶质的溶解度和溶质质量分数是否相同？
2. 为什么扭动金属铁片可以促使醋酸钠过饱和溶液发生结晶？
3. 从物质变化的角度分析：发热袋在发热前后，袋内的醋酸钠溶液发生了什么变化？
4. 从溶解度的角度分析：发热袋是怎样实现重复使用的？
活动任务二：简易发热袋的模拟制作
根据已获得的有关醋酸钠发热袋的相关信息，小组合作自制一款发热袋，并对结果进行评价。
1. 你们小组制作的发热袋主要用于____________________方面的用途。根据用途提出发热袋的设计要求：______________________________。
2. 制作发热袋所使用的材料是________________，材料的来源是______________________________。
3. 测量你们小组制作的发热袋的发热温度与时间。
4. 从产品外观、产品性能上评价你们小组制作的发热袋是否达到了最初的设计要求。

答案： 固体物质的溶解度受温度的影响，当温度保持不变时，溶解度不会发生变化。一定温度下的醋酸钠饱和溶液的溶质质量分数为：$\frac{S}{100\ g + S}×100\%$（$S$为该温度下醋酸钠的溶解度），而该温度下的醋酸钠的过饱和溶液的溶质质量分数则大于此值。所以一定温度下，醋酸钠的过饱和溶液与醋酸钠饱和溶液，它们的溶质的溶解度相同，溶质质量分数则不相同。
@@过饱和溶液是一种不稳定的液体，扭动金属片时，振动使溶液在金属片的表面析出微小晶核并放热，然后晶体迅速生长，消耗溶液中过饱和的那部分溶质，直至溶液进入稳定的饱和状态。
@@发热袋在发热过程中，醋酸钠溶液发生结晶，在这个过程中没有新物质产生，因此是物理变化。
@@将醋酸钠的饱和溶液迅速冷却，溶质的溶解度减小，多余的醋酸钠会在溶液中形成过饱和状态。当使用发热袋后，将结晶后的醋酸钠进行加热，因为温度升高，溶质的溶解度会增大，析出的醋酸钠便会再次溶解，在溶解过程中，溶质吸收热量用于把过量的晶体溶解，再次成为了过饱和溶液。
@@略