探究微粒運動的實驗改進

姚彥川　徐作培

摘要： 對化學教材中探究微粒運動的實驗做了改進。利用普通漏斗、玻璃彎管和棉簽等設計了4個改進實驗的方案。這些新設計的實驗除了具有趣味性、微量化特點外，還具有裝置簡單、藥品用量少、現象明顯、易于控制等優點，且有利于激發學生的學習興趣以及培養他們的環保意識。

關鍵詞： 微粒運動; 微量化; 實驗改進

文章編號： 1005-6629（2019）5-0079-03 ? ? ? ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： B

1 ?問題的提出

化學實驗是進行科學探究的重要方式，學生具備基本的化學實驗技能是學習化學和進行探究活動的基礎和保證[1]。化學教學中通常借助演示或分組實驗作為教學的輔助手段，以此加深學生對實驗現象的感知和對實驗原理的理解，激發學生的學習興趣和學習欲望，從而使學生主動參與到學習過程中來，以此產生問題意識，提高思維品質。教材中的實驗一般可以直觀地反映化學原理，促進學生對理論知識的認知和模型構建，有效提高教學效果，無疑是很好的范例，但有些實驗不乏在安全性、綠色化、趣味性上存在進一步優化的空間?，F對上海教育出版社出版的九年級《化學（上冊）》（2012年審定）教材中探究微粒運動的實驗進行改進。

教材方案如圖1所示。

[實驗1]向燒杯A中加入20mL蒸餾水，滴入2～3滴酚酞溶液，得到溶液甲。向溶液甲中滴入1～2滴濃氨水，觀察現象。這一實驗現象說明了什么？

[實驗2]在燒杯C中重新配制甲溶液。在燒杯B中加入3～5mL濃氨水，用一個大燒杯把兩個燒杯罩在一起，觀察實驗現象。你如何解釋產生的現象？

1.1 ?優點

實驗方案成熟，先說明濃氨水可以使酚酞溶液變紅這一事實，再通過濃氨水和酚酞溶液不接觸也能變紅，由此得到微粒不斷運動的結論。實驗過程中現象明顯，可視化程度高，適合演示實驗和遠距離觀察。

1.2 ?缺點

（1） 濃氨水敞口放置散逸出大量有刺激性的氨氣到空氣中，氨氣有一定毒性不利于師生的健康。尤其是教室前排缺少安全保護措施的學生感覺非常明顯，嗅覺刺激很大。

（2） 濃氨水用量較多，根據藥品的取用規則，實驗后不能放回原試劑瓶，只能稀釋丟棄，造成藥品的浪費，如果分組實驗浪費更多。

（3） 實驗中外罩的大燒杯較大，且為玻璃材質，不方便攜帶和使用。

（4） 實驗僅能探究微粒的運動，無法實現微粒運動和影響因素的綜合探究。

2 ?“探究微粒運動的實驗”的改進方案

2.1 ?改進方案1

2.1.1 ?實驗材料

濃氨水、酚酞溶液、棉花團、膠頭滴管、普通漏斗

2.1.2 ?實驗裝置

實驗裝置如圖2所示。

2.1.3 ?實驗步驟

（1） 取普通漏斗，將少許棉花塞入普通漏斗下端，并滴入少許酚酞試液直至棉花團浸透。

（2） 將漏斗倒扣在濃氨水的試劑瓶口，片刻后觀察現象。

（3） 取出棉花團，清洗漏斗和膠頭滴管，結束實驗。

2.1.4 ?實驗改進的優點

（1） 無需將大量的濃氨水敞口放在空氣中，減少有毒氣體氨氣的釋放，實現實驗綠色化。

（2） 藥品用量少，甚至幾乎不需取用濃氨水，實現實驗試劑的微量化，非常適合分組實驗。

（3） 所需儀器較少，攜帶方便，不同教室授課時便于移動。

2.2 ?改進方案2

2.2.1 ?實驗材料

濃氨水、酚酞溶液、棉花團、小燒杯、膠頭滴管、玻璃彎管（90°或135°為宜）兩個

2.2.2 ?實驗裝置

實驗裝置如圖3所示。

2.2.3 ?實驗步驟

（1） 將少許棉花團塞入兩個玻璃彎管a端（如圖3），并滴入酚酞溶液至浸透。

（2） 用膠頭滴管從玻璃彎管b端分別注入等量的水和濃氨水，片刻后觀察現象。

（3） 清洗燒杯、膠頭滴管和玻璃彎管，結束實驗。

2.2.4 ?實驗改進的優點

（1） 同樣無需將大量的濃氨水敞口放在空氣中，減少有毒氣體的排放，實現實驗試劑的微量化。

（2） 通過酚酞溶液能否變色的對比，幫助學生在實驗事實的基礎上形成定性比較的意識。

（3） 實驗儀器輕巧，攜帶方便，分組實驗組織簡單易行，便于操作。

2.3 ?改進方案3

2.3.1 ?實驗材料

濃氨水、酚酞溶液、燒杯、棉簽若干、礦泉水瓶（瓶口稍大）、空心塑料管（奶茶吸管即可）、10mL注射器（帶針頭）

2.3.2 ?實驗裝置

實驗裝置如圖4所示。

2.3.3 ?實驗步驟

（1） 取5根（或更多）棉簽截斷，留少許木條交叉插在空心塑料管上，呈麥穗狀分布（見圖5），用膠頭滴管滴加酚酞溶液在棉簽上，浸透，并整體插入礦泉水瓶中，蓋上瓶蓋[2]。

（2） 用注射器從距離礦泉水瓶底2cm左右側面緩緩注入2mL濃氨水（如果先從瓶口倒入，部分濃氨水可能粘在瓶壁上，影響實驗效果），稍等片刻，觀察到棉簽自下而上逐漸變紅。

（3） 另取同樣的裝置，將礦泉水瓶置于盛有熱水的燒杯中，比較棉簽上顏色變化的速度（兩個實驗可以分兩組同學同時進行，或者分別用運動秒表計時作比較）。

（4） 實驗結束倒入足量的水稀釋，然后倒入指定容器中，清洗和整理儀器，結束實驗。

2.3.4 ?實驗改進的優點

（1） 實驗現象直觀明了，在驗證微粒不斷運動的同時還可以驗證溫度是影響微粒運動的重要因素。

（2） 實驗取材簡單易得，成本低，趣味性強，在體現實驗教學功效的同時能更好地鼓勵學生自己動手去體驗、去發現、去改進實驗。

2.4 ?改進方案4

2.4.1 ?實驗材料

濃氨水、濃鹽酸、玻璃棒、試管（2支，相同規格）、膠頭滴管、橡皮塞、鑷子、pH試紙、棉球

2.4.2 ?實驗裝置

實驗裝置如圖6所示。

2.4.3 ?實驗步驟

（1） 用玻璃棒分別將2～3cm濕潤的pH試紙平鋪貼在兩支試管底部。

（2） 倒置兩個橡皮塞，將棉球放在橡皮塞上，并分別迅速滴加濃鹽酸，濃氨水。

（3） 試管倒立插上，塞緊，觀察pH試紙顏色變化的速度（兩個實驗可以分兩組同學同時進行，或者分別用運動秒表計時作比較）。

（4） 實驗結束，取下試管，用鑷子夾持并處理棉球，清洗和整理儀器，結束實驗。

2.4.4 ?實驗改進的優點

（1） 實驗現象明顯，在驗證微粒不斷運動的同時還可以引導學生探究氣體分子運動的速率與相對分子質量的關系。

（2） 實驗取材簡單，成功率高，污染小。

2.4.5 ?幾點說明

（1） 該實驗用到pH試紙，在新授課上關于試紙的使用方法和試紙顏色的變化可不必作拓展;復習課上可以就pH試紙檢測酸堿性氣體的使用作適當的拓展。

（2） 該實驗需選擇稍長稍細的試管，否則試紙顏色變化的時差較小，影響實驗效果。

（3） 實驗操作中，滴加液體之后要迅速塞緊試管，否則會有氣體外逸，污染環境。

3 ?實驗改進后的總結和思考

（1） 裝置簡單，便于開展分組實驗。

教材實驗需要4個燒杯，尤其是外罩燒杯容積較大，拿持和操作非常不方便，而且外罩燒杯實驗室儲備量可能不夠分組實驗使用。改進后的實驗大大減少儀器的占用空間，便于分組實驗，其中玻璃彎管如果儲量不夠，教師完全可以自行制備，滿足實驗需要。使用小的玻璃儀器或者不易碎的塑料材料，巧妙地結合注射器，既安全方便，又便于走動演示或學生分組實驗[3]。

（2） 藥品用量少，簡化了實驗流程。

四個改進實驗中任何一個實驗濃氨水的用量都遠少于教材實驗，而且現象都非常直觀明顯，便于推廣應用。實驗以探究微粒的運動為中心，將藥品的取用，殘液處理等整合在一套密閉的裝置中，簡化了實驗流程，體現了綠色化學和環保理念[4]。

（3） 實驗取材易得，現象明顯，可視化程度高。

實驗材料簡單，加工方便。改進的實驗現象明顯、有趣，具有視覺沖擊力，遠非課本常規實驗所能比擬，大大激發了學生的實驗欲望和興趣[5]。

（4） 便于控制變量，進一步綜合拓展探究影響微粒運動的因素。

改進后的實驗除了能探究微粒的運動之外，還可以結合條件的改變或實驗現象發生的先后順序，對比探究影響微粒運動速率大小的各種因素。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定. 義務教育化學課程標準[S]. 北京： 北京師范大學出版社， 2012： 2， 11.

[2]黃春凌. 改進教材實驗 ?提升核心素養[J]. 教育與設備研究， 2018， （9）： 72～75.

[3]吳小輝， 武俊文. 電解氯化銅溶液裝置的改進與思考[J]. 化學教學， 2018， （10）： 72～78.

[4]楊綿艷. 硫在空氣和氧氣中燃燒實驗的新探究[J]. 化學教育， 2018， （13）： 59～60.

[5]朱玉忠， 李德前. 探究微粒運動實驗的新設計[J]. 化學教學， 2016， （1）： 67～68.