微型實驗法測定阿佛加德羅常數

【摘要】在中等職業化學教學中，阿佛加德羅常數的應用和理解有助于學生的化學計算，測定阿佛加德羅常數在教材中作為趣味實驗，是通過分子膜來測定。本文對教材中阿佛加德羅常數的趣味實驗進行微型化，藥品用量少，操作簡單，趣味性增強。

【關鍵詞】阿佛加德羅常數；分子膜；微型化

在中等職業教學化工專業教材第一章化學基本量和計算中，為了加強學生對阿佛加德羅常數的理解和應用，培養學生的動手能力，設計了一個測定阿佛加德羅常數的趣味實驗。在實驗過程我們遇到了困難，在測量過程中所需要的藥品量較大，實驗中的試劑對學生有一定的危害，同時對環境造成污染。所以通過借鑒及我們教師多番的實驗探討發現微型化實驗可以較好的完成。

微型化實驗是近年來迅速發展起來的實驗方法，是用微型化的儀器、裝置和極少量的試劑做化學實驗的一種方法。微型化學實驗的儀器、裝置是常規實驗的1％～10％，試劑的用量是常規實驗的幾十分之一至千分之一，它具有現象明顯、節省時間等優點，適合于當今社會可持續發展的戰略要求又符合綠色化學的理念，受到化學工作者的青睞。

中等職業中專化工專業是培養具有一定化學理論知識且具有實驗操作能力的學生，以備社會對化學工作者的需要。阿佛加德羅常數是化學中重要的一個常量，但很多學生因不理解而難以記住，為此在教材中阿佛加德羅常數的測定是作為趣味實驗，以此幫助學生的理解和應用。

實驗原理：

根據硬脂酸易溶于苯，難溶于水，而苯也難溶于水且易揮發的性質，當把極稀的硬脂酸的苯溶液逐滴滴入圓形盛水的水槽中，硬脂酸的苯溶液就在水面上向四周擴散，隨著苯的不斷揮發，難揮發的硬脂酸分子（C17H35COOH）在水面作定向而整齊運動，從而進行緊密的排列，形成了硬脂酸分子中親水的極性基團這一端向下插入水面，分子中疏水的非極性基團作為另一端直立向上，在水面上覆蓋了一層整齊的硬脂酸單分子膜層。

在教材中所提供的儀器有：圓形水槽，250mL的容量瓶，尖嘴膠頭滴管，直尺，小量筒，小燒杯。藥品有：100g硬脂酸，少量無水苯。苯有毒，而圓形水槽過大，學生在操作過程中無法控制藥品的量，膠頭滴管也不好控制。再者中職學生基礎差，有的在初中未碰過實驗，實驗中手忙腳亂浪費藥品，效果不理想。因此我們采用微型實驗儀器對實驗進行改良。改良后的實驗儀器與試劑分別為：

儀器：燒杯（20mL）、玻璃棒、容量瓶（50mL）、玻璃注射器（0.01mL）、六孔井（孔的直徑D教師事先已測量好）

藥品：10mg硬脂酸、少量無水苯

實驟步驟及計算步驟：(計算過程中字母表示的數值單位省略)

1.苯-硬脂酸溶液的制備

在20mL小燒杯中以少量苯溶解10mg的硬脂酸，用玻璃棒引流注入50ml容量瓶中，燒杯里殘留的液體用苯沖洗數次（每次苯的洗滌液不能過多），把洗滌液倒入容量瓶中，最后再往容量瓶中繼續加苯至刻度，配成50mL苯-硬脂酸溶液。把配好的溶液倒入試劑瓶中備用。

2.準確測定六孔井的直徑D，以計算出六孔井表面積，目的是計算水槽里水面上形成的單分子膜中所含硬脂酸的分子個數（n）

n=（硬脂酸單分子膜的面積可以看做六孔井表面積），所以可以計算硬脂酸單分子膜的面積S＝π（）2

又已知每一個硬脂酸分子的橫截面積A=2.2×10-15cm2根據公式：

n=

因為測量六孔井的表面直徑D誤差比較大，所以教師在事先用游標卡尺測量好孔的直徑D，再告訴學生，讓學生自己算出表面積S即可。然后往六孔井內注入清水至其高度的1/2-2/3處。

3.實驗中采用0.01mL的玻璃注射器不需要計算每滴溶液的體積Vd

4.準確測定在六井孔水面上形成硬脂酸單分子膜需要滴入硬脂酸苯溶液的體積，并計算在孔井水面上形成的單分子膜中所含硬脂酸的質量W。計算原理：

W=每滴苯-硬脂酸溶液所含硬脂酸的質量×（滴數－1）

=苯-硬脂酸溶液質量分數×Vd×（滴數－1）

=×Vd×（d－1）

實驗具體步驟：用0.01mL的玻璃注射器吸取苯-硬脂酸溶液，針頭垂直在六孔井的中心位置上方（高于水面約1cm處），緩慢的推動注射器活塞，往水面上滴入苯-硬脂酸溶液。直到苯-硬脂酸溶液中的苯全部揮發看不到油珠時，說明硬脂酸也全部擴散了（避免學生用嘴吹），再滴入第二滴。如此重復上述操作，直到滴入一滴時，觀察到苯-硬脂酸溶液在水面上不再擴散而呈透鏡狀油珠，并在20秒內都不消失，表示硬脂酸單分子膜已經形成并完全覆蓋在六井孔水面，停止滴入。記錄滴入的滴數并算出體積。重復該操作3次，取平均值。此操作一定要細心加耐心。

5.計算每一個硬脂酸分子的質量m

m==

6.計算1mol硬脂酸所含的分子數，即阿伏伽德羅常數Na。

1mol硬脂酸的質量為284g，即摩爾質量M=284g/mol

Na==

結果與討論

本微型化實驗與教材中的趣味實驗融為一體，學生經實驗測量計算出的數值和阿佛加德羅常數較接近。并且經過逐步實驗逐步計算，加深了本章節各個知識點理解和應用，避免原教材中學生盲目實驗后直接代入公式。而且在實驗時減少大量苯的揮發，減少苯對實驗者及環境的危害。在實驗時采用0.01mL的玻璃注射器，省去在常規實驗中用膠頭滴管測出1滴溶液的體積，避免了測量過程中造成的不必要的誤差，還節省時間，加快了實驗的速度，使實驗變得較為簡單。

在實驗過程中還有幾個注意點：

1.采用玻璃注射器（試劑對塑料注射器有腐蝕）。

2.實驗中選用的孔井直徑要適中，所滴滴數要至少達到兩滴。要監督學生對六孔井進行充分的洗滌，以免殘留的液體影響實驗結果。

3.實驗時所需試劑要學生馬上配制，在每次用注射器取完苯-硬脂酸溶液后，要立即蓋上試劑瓶的瓶塞，避免苯揮發影響實驗現象的觀察。

4.用注射器滴液時，用力要均勻，不可回拉活塞，避免空氣進入注射器。

（作者單位：福建省漳州第二職業中專學校）