用丁烷加碘改進壓縮氣體液化實驗

單海千

摘 要：本文從浙教版初中《科學》第一冊第四章中的“壓縮體積使氣體液化實驗”出發，列舉該實驗的不足之處，分析實驗不理想的原因，提出了實驗改進的措施和操作方法，并從個人經驗出發提出實驗改進與創新的一點心得。

關鍵詞：壓縮體積；液化；改進；丁烷；碘

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）5-0061-3

實驗教學是物理教學的重要組成部分，教師在課堂上通過生動形象的實驗，讓學生經歷觀察物理現象的過程和信息處理的過程，能夠培養學生的觀察能力、提出問題的能力以及分析概括的能力。一個可見度大、現象清晰的實驗不僅能為學生生動地積累感性材料，而且能形象、直觀地提示物理概念的本質和物理現象的規律，有效地突破教學難點。而我們使用的教材在實驗的設計上可能存在一些不足，會對實驗的效果和課堂教學的預期產生一些影響。多年來，筆者在物理教學過程中，通過對一些實驗的不斷改進、反思和反復實踐，有了一些新的做法和深刻體會，也取得了良好的教學效果。現以浙教版初中《科學》第一冊第四章中的“壓縮體積使氣體液化實驗”為例談實驗的改進與創新。

1 教材演示實驗的缺點

1.1 教材演示實驗

浙教版初中《科學》第一冊第四章第六節《汽化與液化》，關于在常溫下壓縮體積可以使氣體液化的實驗，教材通常采用玻璃注射器和乙醚來完成（如圖1所示）。實驗步驟如下：

（1）將少量乙醚吸進注射器，取下針頭。用橡皮帽把注射器的小孔堵住。

（2）握住注射器的下端，注射器內的乙醚

。

（3）向內推動活塞，注射器內的乙醚氣體將

。[1]

1.2 師生對原實驗的滿意度分析

該實驗筆者做過多次，每次的效果都不好。針對原實驗，筆者調查了部分同事和學生，結合自己的感受，認為原實驗存在以下不足：

（1）教師認為原實驗操作不方便，不實用。一些同事反映乙醚是管制藥品，我們學校沒有配備乙醚，實驗沒法做。同時，乙醚極易揮發、有刺激性氣味、有毒。而在吸取乙醚時容器口是敞開的，加之操作不當等原因會造成部分乙醚泄漏對人體造成不良反應，具有一定的危險性。一些同事反映乙醚為無色透明液體，教師做演示實驗，液化、汽化現象不明顯，實驗的可見性不好，學生不易觀察。一些同事認為操作時兩手齊用，操作不方便，展示也不方便。還有一些同事反映原實驗吸入乙醚的量往往偏多，即使量剛好，乙醚也不易汽化，實驗很難成功。

（2） 學生認為原實驗太“遠”了。一些學生開玩笑地說課堂上最遠的距離就是實驗明明就在眼前，但我沒有看見，連那個乙醚的影子都沒有看到，更不要說汽化和液化的過程了（實驗的可見性低和可信度不高）。一些學生認為乙醚離我們的生活太遠了，我們都不知道乙醚是干什么的（實驗材料學生不熟悉，沒有貼近生活）。一些學生認為實驗都是老師一個人演示的，如果能讓我們來操作該有多好（學生的參與度不夠）。

1.3 原實驗不理想的原因分析

由熱學知識可知，裝在密閉容器中的液體，隨著蒸發的進行，當在相同的時間內由液體中逸出的分子與返回液體的分子數相等時，宏觀蒸發過程停止，蒸氣達到飽和狀態。我們估算一下：一般實驗室所用注射器的最大有效容積為100毫升，常溫下（20 ℃）乙醚飽和蒸氣的密度約為ρ=1.777×10 g·cm-3，則m=ρv=0.18 g。

由于注射器的容積有限，要使乙醚全部液化，最多只能吸入注射器最大容積所對應的乙醚飽和蒸氣的質量[2]。再結合液態乙醚的密度（0.713 g·cm-3）估算出吸入針筒的最大液態乙醚體積為0.25毫升左右。教材中只說“吸少量乙醚”，實驗者往往難以把握。即使知道所需乙醚的量，這么少的乙醚教師在吸的過程中往往不好控制。

另外，乙醚的沸點為34.6 ℃，在冬天汽化過程比較慢，要使其快速汽化，需要用較大的力拉動活塞，如按圖1所示實驗，操作極不方便。而教材建議用手握住注射器的下端，讓乙醚快速吸熱汽化，筆者認為這個操作是不嚴謹的。

2 實驗的改進和優點

2.1 實驗裝置所需材料及制作方法

裝置如圖2、3所示。去掉點火器的打火機、剪掉針頭的輸液管、針筒（教師演示用100毫升、學生活動用10毫升）按圖示連接。 為了增加演示實驗的可視性可在100毫升的針筒內先放一粒碘，演示裝置壓活塞時所需的力較大，可配一個硅膠槍。

2.2 操作步驟及現象

（1）松開夾子，打開打火機，向針筒中充丁烷氣體，活塞往后退。

（2）待針筒中充滿氣體時（可延遲5秒，以活塞不蹦出針筒為宜），關閉打火機，用夾子夾住輸液管。

（3）把針筒裝入硅膠槍內，緩緩推動針筒活塞，注射器內出現液滴，繼續向里推進活塞，液體的量逐漸增多，碘溶于丁烷，溶液呈紅棕色（如圖4所示，可借助實物投影儀將實驗過程展示給學生看），松開硅膠槍馬上可見液態丁烷汽化，碘析出后分布在針筒內壁。

2.3 改進后的優點

（1）打火機內的丁烷沸點為-0.5 ℃，即使在冬天也易汽化，不需要用很大的力氣來拉活塞使其汽化。同時，針筒內先充滿氣體再液化，不需要考慮過多的液體沒有汽化對實驗的影響。

（2）打火機貼近學生生活，激發學生興趣。學生通過實驗能理解打火機中的丁烷在常溫下是如何液化的。

（3）實驗材料常見、組裝方便、可單手操作，可在室內巡回演示或用實物投影展示教學效果。丁烷在密閉的系統中運作，不會泄漏，更加安全，可以讓學生親自操作或課后自己組裝，強化了學生的親身體驗，進一步提高實驗教學的效果。

3 對實驗改進的心得

1.做實驗、找缺點。教師在處理實驗過程中最常用的方法就照著課本、教參做。這在大多數情況下是可行的，因為課本和教參上的實驗都是編者經過精心挑選的，有其普遍性和優越性，也就是說它們基本符合學生與老師的要求。我們應多次實驗，以尋找實驗的最佳效果并最大限度地展示給學生看。但是，一本教參或是課本不可能把問題考慮得面面俱到，總有缺點。我們可以通過做實驗和調查來發現原實驗的缺點，把原實驗的缺點一一列舉出來，每發現一個缺點，也就找到了一個創新的課題。

2.搜資料、借方法。當發現原實驗的缺點時，我們可以到網上去搜資料、問同事。借同事的、名師的、專家的對某一實驗的處理措施，用到自己的實驗教學中去。這樣的確會使實驗教學增色不少，但 “借”到的東西可能也存在一些不足，要想實驗更簡單、更實用、更有趣，得自己“靈活應變”“自力更生”。

3.整資源，求創新。當教材中的實驗和別人的方法還是不能讓自己和學生滿意的時候，我們就要整合各種資源，自己創新。筆者在本實驗的創新過程中整合了多種資源。例如，有些教師在原實驗的基礎上用碘來染色，增加實驗的可視性，但操作還是不方便。有些教師用打火機中的丁烷做實驗，但氣體不易收集且有泄漏。筆者在他們的基礎上通過整合，對原實驗進行改進，取得了較好的效果。

4.要細心，重安全。由于丁烷在常溫和常壓時是易燃氣體，教師在準備、進行實驗時要細心作業，注意安全。在指導學生實驗和學生課外作實驗時，更要充分強調這一點。千萬不可大意。

總之，我們在平時的教學中要善于發現問題，解決問題，要善于利用身邊的器材做實驗。這樣既可以拉近物理學與生活的距離，讓學生深切地感受到科學的親切感、真實性，又能補充實驗課程資源，有利于增強學生的創新意識。

參考文獻：

[1]朱清時.科學（七年級上冊）[M].杭州：浙江教育出版社，2012：153.

[2]曹衛軍.壓縮氣體液化實驗的改進[J].教學儀器與實驗，2007（2）：38.