利用數字化實驗選擇FeOH3膠體滲析實驗的半透膜

王學坦 汪丹丹

摘要：利用電導率傳感器進行數字化實驗，比較雞蛋殼內膜、濾紙、保鮮膜對Fe（OH）3膠體的滲析功能，實驗結果表明：在課堂上使用雞蛋內膜作為半透膜還是比較合理的。

關鍵詞：數字化實驗；膠體滲析；電導率；氫氧化鐵膠體；半透膜

文章編號：1008-0546（2016）09-0087-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.09.030

一、 問題的提出

教學中講到膠體的概念，會設計用丁達爾效應區分膠體和溶液的實驗，但對膠體概念的解釋仍然缺乏感性材料的支撐，不利于學生對知識的理解和掌握。如果能設計有趣的膠體滲析實驗，讓學生“看到”離子通過某種半透膜而膠粒卻不能，離子與膠體都能透過濾紙，那么學生就能夠通過實驗掌握相關概念和原理，在做實驗中掌握膠體的概念，并掌握離子與膠體的分離可以用半透膜但不能用濾紙。本文根據滲析原理，運用電導率傳感器記錄膠體滲析實驗過程中離子濃度的變化，利用數據說明雞蛋殼內膜、濾紙，保鮮膜對Fe（OH）3膠體的滲析性能。

化學教育2014年第三期中也刊登過類似的文章，該文章得出結論：保鮮膜為半透膜，最適合做膠體滲析實驗[1]。但我們從生活經驗中知道保鮮膜是不透水的，所以筆者對該結論持懷疑態度。本研究利用數字化實驗的實時性、準確性和直觀性來探究不同材料對膠體的滲透作用，尋找適合演示Fe（OH）3膠體滲析實驗的半透膜。

二、 實驗原理

電導率傳感器是測量溶液導電性大小的傳感器，在溶液中，因離子的移動而導電，所以在一定的濃度范圍內，溶液離子濃度越高，導電能力就越強[2]。

我們制氫氧化鐵膠體是往沸水里滴飽和的氯化鐵，所以制成的膠體溶液中存在氫離子、氯離子和氫氧化鐵膠體粒子。

Fe3++3H2O■Fe（OH）3（膠體）+3H+

可以分別用雞蛋殼內膜、濾紙、保鮮膜過濾制成的膠體溶液，用電導率傳感器測濾液的電導率隨時間的變化，一旦溶液中的電導率有變化就說明該材料可以透過離子，相同時間內，電導率增加得越快說明該材料透過離子的效果越好。而氫氧化鐵膠體是紅褐色的，判斷材料是否可以透過膠體，可以根據濾液的顏色來判斷。再取少量濾液分別加入AgNO3溶液、KSCN溶液可以進一步確定是否有氯離子和三價鐵離子通過。

三、實驗過程

1. 實驗儀器和藥品

實驗儀器：鐵架臺，磁力攪拌器，250mL燒杯4個，25mL量筒兩個，電導率傳感器。

實驗藥品：5%KSCN溶液，0.1mol/L AgNO3溶液，飽和的FeCl3溶液。

2. 膠體的制備和雞蛋殼內膜的制作

（1）膠體的制備：取200mL蒸餾水放入250mL燒杯中，加熱煮沸，然后向沸水中滴加240滴飽和的FeCl3溶液[3]，繼續煮沸至溶液呈紅褐色即停止加熱。利用丁達爾效應檢驗制備出來的Fe（OH）3膠體。

（2）雞蛋殼內膜的制作：將雞蛋尖端敲開小孔，倒出蛋清、蛋黃，用蒸餾水清洗。將半個雞蛋懸掛于2%的鹽酸中（見圖1）浸泡12h左右，用蒸餾水輕輕沖洗蛋殼，繼續浸泡，直到蛋殼完全脫落形成半透膜。

3. 實驗裝置

4. 實驗過程

（1）按照圖2連接儀器。

（2）取3個250mL燒杯，向每個燒杯中加入200mL的蒸餾水。

（3）將準備好的濾紙、雞蛋殼內膜、保鮮膜放入三個燒杯中，打開Logger Pro 數據采集系統，點擊開始；然后分別向濾紙、雞蛋殼內膜、保鮮膜中加入20mL Fe（OH）3膠體；測量每個燒杯中的電導率隨時間的變化。

（4）分別從雞蛋殼內膜、保鮮膜兩個燒杯中取出少量液體于試管中（濾紙的燒杯不用取，看顏色即知濾紙既透離子又透膠體），滴加AgNO3溶液，雞蛋殼內膜的有大量白色沉淀產生，滴加稀硝酸不溶解，說明溶液中含有氯離子，保鮮膜的沒有任何現象，說明沒有氯離子。另取兩支干凈試管，分別從雞蛋殼內膜、保鮮膜兩個燒杯中取出少量的液體加入試管中，滴加5%KSCN溶液，雞蛋殼半透膜的變成血紅色，說明溶液中存在三價鐵離子，保鮮膜的沒有任何現象，說明沒有三價鐵離子。

四、實驗結果

（1）實驗數據的記錄

（2）實驗圖像

五、結果分析與思考

（1）雞蛋殼內膜是合適的膠體滲析實驗半透膜。從以上實驗可以看到保鮮膜既不能透過膠體也不能透過離子；雞蛋殼內膜不能透過膠體但能透過離子；濾紙既能透過離子也能過透膠體。保鮮膜不能作為膠體滲析實驗的半透膜。

（2）從記錄的電導率數據可以看出來，在三組平行實驗數據中，第三組的雞蛋殼內膜在10min時，電導率已經發生變化，而實驗一組和二組在10min時，電導率沒有任何變化。這是因為實驗三組的Fe（OH）3膠體是新制的，而一組和二組的Fe（OH）3膠體制好后放置了6個小時左右，靜置會導致Fe（OH）3膠體聚沉，膠體粒子不斷長大，膠體溶液中的離子減少，所以滲透速率減慢。而且因為雞蛋有大小，實驗三組的雞蛋殼半透膜的表面積大于實驗一組和二組的雞蛋殼半透膜的表面積，所以加快了離子的滲透的速率。

雞蛋對于學生來說是非常熟悉的，幾乎每天都會接觸到。這個實驗不僅僅是觀察實驗過程中電導率的變化，雞蛋殼半透膜的制作也是學生非常感興趣的點，學生在制作過程中會出現各種問題，而如何解決這些問題，找到簡單易行的方法讓他們在這個過程中不斷地思考交流，共同進步。對于數字化實驗這種新型實驗形式，學生也是非常感興趣，讓學生動手參與到整個實驗過程中，不僅培養了他們的實驗操作能力，也培養了他們對化學的學習興趣。

參考文獻

[1] 劉曉紅，袁文文，鄧海威等.利用手持技術選擇氫氧化鐵膠體滲析實驗半透膜[J].化學教育，2014，35（3）：77-79

[2] 傅獻彩等.物理化學第二冊（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2010：18-19

[3] 江敏.讓學生體驗與自然的交流——從“膠體”的教學實踐談對學科教學的思考（上）[J].中學化學教學參考，2013，（8）：5-7