探究微粒運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的新設(shè)計(jì)

朱玉忠　李德前

摘要：利用廢舊的日光燈玻璃管，設(shè)計(jì)了“高錳酸鉀在水中的擴(kuò)散”、“分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象”和“空管生煙”三個(gè)探究微粒運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)。新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象明顯、刺激有趣、綠色節(jié)儉，充分說(shuō)明微?？偸窃诓粩噙\(yùn)動(dòng)、溫度升高微粒運(yùn)動(dòng)速率加快、氨分子運(yùn)動(dòng)速率大于氯化氫分子運(yùn)動(dòng)速率。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置具有很強(qiáng)的實(shí)用性和推廣性，既可以作為教師的演示實(shí)驗(yàn)，又能滿足學(xué)生的探究實(shí)驗(yàn)需求。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；探究微粒運(yùn)動(dòng)；日光燈玻璃管；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1005-6629（2016）1-0067-03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

為了說(shuō)明微粒的運(yùn)動(dòng)性，現(xiàn)行各種版本的義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)-化學(xué)（九年級(jí)上冊(cè)）均安排了“品紅或高錳酸鉀在水中擴(kuò)散”、“氨分子擴(kuò)散”等實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯，但是缺少趣味性，甚至還會(huì)污染環(huán)境。在有關(guān)微粒運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大多數(shù)化學(xué)教育工作者從“微型化”、“綠色化”的視角，對(duì)課本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新。筆者對(duì)“微型化”設(shè)計(jì)進(jìn)行反向思考，利用日光燈玻璃管設(shè)計(jì)出三個(gè)探究微粒運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)：高錳酸鉀在水中的擴(kuò)散、分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象和空管生煙。新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象異常明顯，而且刺激有趣，充分說(shuō)明微?？偸窃诓粩噙\(yùn)動(dòng)、溫度升高微粒運(yùn)動(dòng)速率加快、氨分子運(yùn)動(dòng)速率大于氯化氫分子運(yùn)動(dòng)速率，因此提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。下面詳細(xì)介紹，以供參考。

1.實(shí)驗(yàn)用品

實(shí)驗(yàn)用品主要有：日光燈玻璃管（如16W、T8日光燈管長(zhǎng)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(lái)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(lái)回推拉幾次，以除去內(nèi)部的熒光粉（注意戴上口罩，以防熒光粉進(jìn)入呼吸道），然后用水將日光燈管沖洗干凈，晾干后備用。2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1“高錳酸鉀在水中擴(kuò)散”實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)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(lái)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(lái)水中（注意保持日光燈玻璃管不動(dòng)）。

（3）立刻可以看到，高錳酸鉀顆粒在水中四處擴(kuò)散，并逐漸向下運(yùn)動(dòng)，形成多道紫紅色的無(wú)規(guī)則曲線，飄飄蕩蕩、搖擺不定、你追我趕，且持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象美不勝收。

（4）由于日光燈玻璃管外形偏大（直徑約2.5cm、長(zhǎng)約120 cm），且日光燈罩的白屏具有襯托作用，因此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象毫無(wú)干擾、更加清晰，教室后排的學(xué)生也能看得清清楚楚。

（5）上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明，高錳酸鉀是由肉眼看不見(jiàn)的微小粒子構(gòu)成的，而微粒又是在不斷運(yùn)動(dòng)的。

2.2“分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)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(cè)均勻地標(biāo)上1、2、3、4、5、6、7、8等數(shù)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(nèi)。

（2）用膠頭滴管向白紙條左端（數(shù)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(lái)（數(shù)字小的一端在下），迅速將酒精燈帽旋套在玻璃管的下端（見(jiàn)圖2）。

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

（5）日光燈玻璃管最上端（數(shù)字8以上的位置）的白紙條沒(méi)有變紅，說(shuō)明氨氣基本上沒(méi)有逸出玻璃管。

（6）上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象充分說(shuō)明，氨分子在不斷運(yùn)動(dòng)，而且溫度越高微粒運(yùn)動(dòng)的速率越快。

2.3“空管生煙”實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)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(biāo)上1、2、3、4、5、6、7、8、9、10等數(shù)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(nèi)。

（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(gè)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(gè)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(shù)字1的位置開(kāi)始向右較快地變成紅色、由數(shù)字10的位置開(kāi)始向左較慢地變成藍(lán)色。接著，在白紙條數(shù)字7的位置產(chǎn)生白煙，并且白煙越來(lái)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(xué)生晾嘆不已。

（5）上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象充分說(shuō)明，氨分子、氯化氫分子都在不斷地運(yùn)動(dòng)，并且氨分子運(yùn)動(dòng)的速率明顯大于氯化氫分子的運(yùn)動(dòng)速率。

3.實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

（1）本實(shí)驗(yàn)的主要儀器是學(xué)校廢棄的日光燈管，材料易得，加工方便，體現(xiàn)了“壇壇罐罐做實(shí)驗(yàn)”的節(jié)儉意識(shí)。

（2）利用日光燈玻璃管設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象非常明顯，突破了“微型實(shí)驗(yàn)太迷你、瞪大眼睛看不見(jiàn)你”的缺陷，而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象刺激有趣、具有視覺(jué)沖擊力，遠(yuǎn)非課本常規(guī)實(shí)驗(yàn)所能比擬，因此能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

（3）雖然實(shí)驗(yàn)裝置“巨無(wú)霸”，但有關(guān)藥品的價(jià)格低、用量少，實(shí)驗(yàn)體系密閉（或半開(kāi)放），符合綠色化學(xué)的理念。

（4）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)滲透了量化意識(shí)，使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加直觀、實(shí)驗(yàn)結(jié)果更有說(shuō)服力。

（5）本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)既可以作為演示實(shí)驗(yàn)，也能當(dāng)作學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，能很好地培養(yǎng)學(xué)生的操作技能和探究意識(shí)，因此具有很強(qiáng)的實(shí)用性和推廣性。