杨华涛 酒精与水混合后减少的空间是什么

酒精与水混合后减少的空间是什么

保定市乐凯中学杨华涛

小明同学在学习《物质构成的奥秘》一章中《微粒之间有空隙》一节课时，看到老师做了课本中的“活动与探究”实验：一定体积的酒精和一定体积的水混合后体积缩小，以此来说明分子间有间隔。他对这个实验非常感兴趣。下课后，小明去找老师，想知道酒精与水混合后减少的空间是什么，有没有可能是酒精与水中的空气？老师看到小明同学这么好学，就鼓励他去查阅资料，并答应和他一起做实验。

小明的分析是：如果按照教材推断，酒精与水混合后体积缩小的原因是因为组成物质的分子间有一定的间隔，那么当水与酒精混合后，水分子和酒精分子就进入到了对方的空隙中，导致混合后的体积缩小。就好比黄豆与小米，它们混合后，小米会进入到黄豆的空隙中去，导致混合后的体积比原来二者的体积之和要小。如果按此观点，那么液体混合后减少的体积应为两种分子进入到对方分子间隙后空余出来的体积，即真空。

他又查阅了资料，找到了一篇文章《体积为何减小》，文章中的观点是：酒精与水混合时，使原来溶解在其中的空气被分离了出来，所以使液体的总体积减小了，这部分减小的体积是溶解在液体中的空气。

猜想与假设小明的观点：酒精与水混合后减少的体积是液体中溶解的空气。

设计实验进行验证实际情况是什么样的呢？小明和几个同学一起共同研究、设计并完成了如下实验：

实验1取一根长40cm长的滴定管，用活塞把一端密封好。先向其中注入一半的水，再缓缓地倒满酒精。用手指使劲堵住开口端，上下颠倒一次之后把滴定管竖起来，能够感觉到堵住开口端的手指被强大的力量吸引；看到两种液体混合后，马上就有气泡产生；还能感觉到玻璃管有些热(说明溶解后产生了热量)。上下颠倒几次后再将滴定管竖起来，能看到玻璃管中的液面明显下降，管口处出现了一段空隙，约有1cm长（见图实验1）。

同学们看到实验过程中有气泡产生，怀疑是不是酒精和水中溶解有部分空气，混合后被挤压了出来。于是他们又做了第二个实验。

实验2 实验开始的准备同上，取同一根滴定管，把活塞一端密封好。向其中注入一半的水，再缓缓地倒满酒精。用一块从气球上剪下的薄橡胶皮覆盖在滴定管的开口端，并用皮筋固定好，上下颠倒几次再竖起来。两种液体混合后，有少量气泡产生，玻璃管中的液面明显下降，管口处出现了一段空隙，有1cm 长，薄橡胶皮明显凹进去，几乎贴近液面（见图实验2）。

同学们还是觉得这个实验不能证明产生的气泡是哪里来的，于是他们又利用学过的物理知识做了第三个实验。

实验3实验开始的准备同上，取同一根滴定管，把活塞一端密封好，向其中注入一半的水，再缓缓地倒满酒精。用手指堵住开口端，把滴定管迅速倒转过来，把开口端放入盛满水的水槽中，开口端在水面以下约1cm处。这时看到酒精与水混合，轻轻堵住滴定管口的手指感觉到有水槽中的水进入到了滴定管中。等待十几秒钟后，管中的液面没有下降。用手指在水面下堵住开口端，把滴定管取出颠倒一次再倒放入水中，如此反复做几次后，只有很少量的气体产生，最终在滴定管上方的空间聚集的气体只有1mm长（见图实验3）。为了实验现象明显，同学们又在水槽中滴入数滴红墨水，使水槽中的水变成了红色。再重复上面的实验，发现果然有红色的水进入滴定管。

同学们又做了一个对比实验。

实验4滴定管中全部灌满水，用手指堵住倒放入水中，静置30秒，没有变化，颠倒一次再放入水中，仍没有变化。

为了确保实验的可信度，同学们又重复了以上四个实验，实验现象均与第之前做的相同。

得出结论同学们分析四个实验现象并通过查阅资料，得出的实验结论是：实验1和2滴定管中20cm长的水和20cm长的酒精混合后，体积减少了1cm，说明等体积的水和酒精混合后，体积被压缩1/40；手指感觉被吸引、薄橡胶皮凹进去、水槽中的水进入滴定管等实验现象都说明水和酒精混合后的压强比大

气压小。

从实验1、2和实验3分析，可知实验1、2中减少的体积，绝大部分是真空；实验1、2中产生的气泡主要是因为压强减小后产生的水和酒精的蒸汽。

从实验3和实验4中分析，酒精与水混合后，滴定管上方的空间只有1mm 长，说明由于大气压的作用，使水槽中的水进入到滴定管中，只有1mm空间气体气压与大气压保持平衡；管中少量的气体应为水和酒精混合时，溶解其中的空气被分离了出来。

由以上实验可知，水和酒精混合后总体积减小的主要原因是由于分子间有一定的间隙，混合后分子之间排得更紧密些，混合液的总体积也就减小了。这减小的空间中，是溶解在水和酒精中分离出的很少量的空气和由于压强减小产生的水和酒精的蒸汽。