探究微粒運動實驗的新設計

朱玉忠　李德前

摘要：利用廢舊的日光燈玻璃管，設計了“高錳酸鉀在水中的擴散”、“分子運動現象”和“空管生煙”三個探究微粒運動的實驗。新設計的實驗，現象明顯、刺激有趣、綠色節儉，充分說明微?？偸窃诓粩噙\動、溫度升高微粒運動速率加快、氨分子運動速率大于氯化氫分子運動速率。改進后的實驗裝置具有很強的實用性和推廣性，既可以作為教師的演示實驗，又能滿足學生的探究實驗需求。

關鍵詞：實驗改進；探究微粒運動；日光燈玻璃管；實驗設計

文章編號：1005-6629（2016）1-0067-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

為了說明微粒的運動性，現行各種版本的義務教育課程標準實驗教科書-化學（九年級上冊）均安排了“品紅或高錳酸鉀在水中擴散”、“氨分子擴散”等實驗。這些實驗操作簡單、現象明顯，但是缺少趣味性，甚至還會污染環境。在有關微粒運動的實驗教學中，大多數化學教育工作者從“微型化”、“綠色化”的視角，對課本實驗進行了改進和創新。筆者對“微型化”設計進行反向思考，利用日光燈玻璃管設計出三個探究微粒運動的實驗：高錳酸鉀在水中的擴散、分子運動現象和空管生煙。新設計的實驗，現象異常明顯，而且刺激有趣，充分說明微粒總是在不斷運動、溫度升高微粒運動速率加快、氨分子運動速率大于氯化氫分子運動速率，因此提高了實驗教學的有效性。下面詳細介紹，以供參考。

1.實驗用品

實驗用品主要有：日光燈玻璃管（如16W、T8日光燈管長1.2m，直徑約2.5cm）、日光燈罩、藥匙、燒杯、膠頭滴管、酒精燈的塑料燈帽、白色打印紙；高錳酸鉀顆粒、自來水、濃氨水、濃鹽酸、酚酞試液、石蕊試液等。

日光燈玻璃管的處理方法：取廢舊的日光燈管，先輕輕擰下兩端的金屬帽，再用前段裹有棉花的鐵絲在日光燈管里來回推拉幾次，以除去內部的熒光粉（注意戴上口罩，以防熒光粉進入呼吸道），然后用水將日光燈管沖洗干凈，晾干后備用。2實驗設計

2.1“高錳酸鉀在水中擴散”實驗實驗裝置見圖1。

（1）在日光燈玻璃管的一端旋套上酒精燈的塑料燈帽（與T8日光燈管大小合適，正好可以旋緊），然后將日光燈玻璃管用雙面膠固定在白色的日光燈罩上，再向直立的日光燈玻璃管里注滿自來水（以不溢出為宜）。

（2）用藥匙的小端，取幾粒高錳酸鉀顆粒，從日光燈玻璃管的上端口分次加入自來水中（注意保持日光燈玻璃管不動）。

（3）立刻可以看到，高錳酸鉀顆粒在水中四處擴散，并逐漸向下運動，形成多道紫紅色的無規則曲線，飄飄蕩蕩、搖擺不定、你追我趕，且持續時間很長，實驗現象美不勝收。

（4）由于日光燈玻璃管外形偏大（直徑約2.5cm、長約120 cm），且日光燈罩的白屏具有襯托作用，因此實驗現象毫無干擾、更加清晰，教室后排的學生也能看得清清楚楚。

（5）上述實驗現象說明，高錳酸鉀是由肉眼看不見的微小粒子構成的，而微粒又是在不斷運動的。

2.2“分子運動現象”的實驗

實驗裝置見圖2。

（1）從白色打印紙上剪取一張115 cm×3.5 cm的白紙條，在白紙條的一側均勻地標上1、2、3、4、5、6、7、8等數字；再將白紙條縱向折疊一下（使其中間略有凹槽），然后將此白紙條放入水平的日光燈玻璃管內。

（2）用膠頭滴管向白紙條左端（數字小的一端）凹槽里滴入約2 mL酚酞試液，稍微抬起日光燈玻璃管的左端，使酚酞試液順著紙槽流向右端（要確保酚酞試液能流到白紙條的最右端）。

（3）在酒精燈的塑料燈帽里，注入約3 mL的濃氨水；再將日光燈玻璃管直立起來（數字小的一端在下），迅速將酒精燈帽旋套在玻璃管的下端（見圖2）。

（4）很快可以看到，白紙條從下往上逐漸呈現紅色（到達數字4的位置約需2 min）。再將酒精燈帽浸入熱水中，這時白紙條會快速向上變紅（從數字4到達數字8的位置不到1 min），在變色到數字8的位置時停止水浴加熱。

（5）日光燈玻璃管最上端（數字8以上的位置）的白紙條沒有變紅，說明氨氣基本上沒有逸出玻璃管。

（6）上述實驗現象充分說明，氨分子在不斷運動，而且溫度越高微粒運動的速率越快。

2.3“空管生煙”實驗

實驗裝置見圖3。

（1）從白色打印紙上剪取一張115 cm×3.5 cm的白紙條，在白紙條上均勻的標上1、2、3、4、5、6、7、8、9、10等數字；然后將其縱向折疊一下（使其中間略有凹槽），再將白紙條放入水平放置的日光燈玻璃管內。

（2）用膠頭滴管向白紙條一端的凹槽里滴人大約2 mL的紫色石蕊試液，再稍微抬起玻璃管的這一端，使石蕊試液沿著白紙槽流向另一端，并使整個白紙條上都浸有石蕊試液。

（3）用膠頭滴管向日光燈玻璃管的左端（靠近管口處）滴人3 mL的濃氨水，向右端（靠近管口處）滴入3 mL的濃鹽酸，再將兩個酒精燈帽迅速旋套在玻璃管的兩端，形成封閉體系。

（4）稍后，白紙條由數字1的位置開始向右較快地變成紅色、由數字10的位置開始向左較慢地變成藍色。接著，在白紙條數字7的位置產生白煙，并且白煙越來越多。再豎起日光燈玻璃管，上下顛倒兩次，濃煙瞬間充滿玻璃管，這讓學生晾嘆不已。

（5）上述實驗現象充分說明，氨分子、氯化氫分子都在不斷地運動，并且氨分子運動的速率明顯大于氯化氫分子的運動速率。

3.實驗優點

（1）本實驗的主要儀器是學校廢棄的日光燈管，材料易得，加工方便，體現了“壇壇罐罐做實驗”的節儉意識。

（2）利用日光燈玻璃管設計實驗，現象非常明顯，突破了“微型實驗太迷你、瞪大眼睛看不見你”的缺陷，而且實驗現象刺激有趣、具有視覺沖擊力，遠非課本常規實驗所能比擬，因此能激發學生學習化學的興趣。

（3）雖然實驗裝置“巨無霸”，但有關藥品的價格低、用量少，實驗體系密閉（或半開放），符合綠色化學的理念。

（4）實驗設計滲透了量化意識，使得實驗現象更加直觀、實驗結果更有說服力。

（5）本實驗設計既可以作為演示實驗，也能當作學生分組實驗，能很好地培養學生的操作技能和探究意識，因此具有很強的實用性和推廣性。