微粒運動實驗氨水用量與小型封閉化改進

潘國榮 劉芬

摘 要

通過實驗提出在微粒運動實驗中使用濃氨水的合理用量為0.5～1.0mL。對微粒運動實驗進行了小型封閉改進，這樣的改進跟初中化學課程標準和教科書的實驗原理比較吻合，便于學生理解教科書的實驗。

關鍵詞

微粒運動實驗 氨水用量 小型化 封閉化 改進

“微粒的運動實驗”是初中化學課程標準中“有關科學探究學習的實例”所設計的第一個探究實驗。全國許多版本的初中化學教科書都是依據化學課程標準的設計原理進行實驗設計的，大同小異。

一、課標與教科書的實驗設計

1.初中化學課程標準的設計

教師演示實驗：向燒杯A中加入20mL蒸餾水，滴入2～3滴酚酞試劑，讓每個同學都看到溶液是無色的。向燒杯B中加入10mL濃氨水。用一只大燒杯把A、B兩燒杯溶液罩在一起（如圖1所示）[1]。

學生實驗探究活動：（略）

2.滬教版“探究微粒運動的實驗”設計

【實驗1】向燒杯A中加入20mL蒸餾水，滴入2～3滴酚酞試液，得到溶液甲。向溶液甲中滴加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（如圖2所示），觀察實驗現象。你如何解釋產生的現象？[2]

二、課標與教科書實驗設計的不足

由于不同廠家生產的燒杯口徑大小不一樣，至少需要1000mL的大燒杯才能罩住兩個小燒杯，有時候可能需要水槽才能罩住兩個小燒杯，攜帶不方便；需要藥品、試劑多，造成浪費，又污染環境；濃氨水揮發性強，刺激性大，很容易污染實驗環境，影響師生情緒和健康；只能用于教師的演示實驗，不能用作學生的探究實驗。

三、課標與教科書實驗中氨水用量探討

為了探討課標與教科書設計的“探究微粒運動的實驗”中氨水用量與氨氣逸出的情況，我們設計了如下的實驗3。

【實驗3】在兩個0.5g頭孢拉定小藥瓶（以下統稱為“小藥瓶”）里，一個裝著滴了1滴酚酞試液的蒸餾水、一個裝著5滴濃氨水。用一個杯底內壁和杯嘴外沿底邊貼有濕潤pH試紙的100mL小燒杯把兩個“小藥瓶”罩在一起。在100mL小燒杯嘴外邊放置一個“小藥瓶”，瓶里面裝有滴了1滴酚酞試液的1.0mL蒸餾水并在瓶口外邊貼有濕潤pH試紙。再用一個杯底內壁和杯嘴內壁邊貼有濕潤pH試紙的500mL大燒杯把“小藥瓶”和100mL小燒杯罩在一起。最后將里面裝有滴了1滴酚酞試液的1.0mL蒸餾水并在瓶口外邊貼有濕潤pH試紙的“小藥瓶”放在500mL大燒杯嘴外邊。

我們是在室內溫度為10℃的條件下進行實驗的，通過實驗觀察我們發現：1.100mL小燒杯底部內壁上的濕潤pH試紙1s左右就變色了、“小藥瓶”內的酚酞溶液40s左右開始變色。2.小燒杯外“小藥瓶”口邊、大燒杯嘴內壁邊、小燒杯嘴外沿底邊的pH試紙先后變色，大燒杯底部的pH試紙2min左右變色，大燒杯嘴外邊“小藥瓶”口邊的pH試紙5min左右變色，小燒杯嘴外邊“小藥瓶”里的酚酞溶液8min左右才變色。

從實驗可知，濃氨水的揮發性是很強的，5滴濃氨水經過兩個“小藥瓶”各1.0mL左右酚酞溶液的吸收、1個100mL小燒杯和1個500mL大燒杯的封罩，仍然能夠使大燒杯嘴外邊“小藥瓶”口邊的pH試紙在5min左右時間里變色。

由此可見，教科書實驗在燒杯中加入3～5mL濃氨水已經太多了，沒有必要。而課程標準向燒杯中加入10mL濃氨水，更加沒有必要，會對實驗環境造成很大的污染。即使使用燒杯作實驗，向燒杯中加入0.5～1.0mL濃氨水已經足夠了。

四、實驗小型封閉化新改進及效果

1.新實驗小型封閉化改進方法

我們課題組曾經對“微粒的運動實驗”進行了多次實驗設計和改進[3-6]。這些設計與改進中，有的用量筒作容器，可以對比溫度不同時微粒運動的速率是否相同；有的用集氣瓶（或者廣口瓶）作容器，也有用0.5g頭孢拉定小藥瓶作容器的，它們應用各有特色、效果都不錯。但是，跟課程標準與教科書的實驗設計不完全相同。為了使“微粒的運動實驗”小型化封閉化跟課程標準與教科書的實驗設計相同，我們重新作了如下改進。

【實驗4】在一個“小藥瓶”里加入1.0mL蒸餾水，滴入1滴酚酞試液，觀察溶液顏色的變化。再向上述“小藥瓶”里的溶液滴加1滴氨水，用“小藥瓶”的膠塞塞住瓶口，觀察溶液顏色的變化。

【實驗5】取一塊85×85mm規格的泡沫塑料板，將100mL小燒杯的杯口在酒精燈火焰上燒燙后，在泡沫塑料板上烙成一個凹槽恰好能夠密封住100mL小燒杯的杯口（以下稱呼“凹槽泡沫塑料板”），待用。

在A號“小藥瓶”里加入1.0mL蒸餾水，滴入1滴酚酞試液，放在“凹槽泡沫塑料板”上。在B號“小藥瓶”中滴入1～2滴濃氨水，迅速挨著A號“小藥瓶”放在“凹槽泡沫塑料板”上，用100mL小燒杯沿著凹槽密封圈把A、B兩個“小藥瓶”一起罩在“凹槽泡沫塑料板”上。觀察A號“小藥瓶”里溶液顏色的變化。

2.改進實驗的效果

通過實驗我們看到：【實驗4】中滴加1滴氨水后，“小藥瓶”里的溶液立即變成了紅色。把封蓋的“小藥瓶”拿上來聞，沒有聞出特殊氣味。說明改進實驗效果好，沒有氨氣逸出，封閉達到了目的。

【實驗5】用100mL小燒杯沿著凹槽密封圈把A、B兩個“小藥瓶”一起罩在“凹槽泡沫塑料板”上40s左右，A號“小藥瓶”里的溶液變成了紅色。用手拿“凹槽泡沫塑料板”連同小燒杯一起上來聞，沒有聞出特殊氣味。說明改進實驗效率高，安全、環保。

五、實驗改進的優點

跟課程標準與教科書的實驗設計原理完全相同，不需要轉彎，方便學生理解；用頭孢拉定小藥瓶代替小燒杯作實驗容器，用廢棄的泡沫塑料板封蓋燒杯口，使廢物發揮作用，可以讓學生從中體會“物盡其用”的內涵；實驗用品小型化，試劑、藥品用量少，減少了浪費現象，達到了節約的目的，同時降低了藥品對環境的不良影響，符合現代環保理念要求。改進項目高效環保；實驗封閉化，防止氨氣揮發出來，污染實驗環境，保護了師生的健康；“凹槽泡沫塑料板”一次做成，可以長期使用；實驗裝置可以移動，方便拿出來給學生近距離觀察，增加學生的參與度；實驗操作簡單、安全，可以用于學生的實驗探究活動。

參考文獻

[1] 教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2] 王祖浩，王磊主編.義務教育教科書·化學·九年級·上冊[M].上海：上海教育出版社，2012.

[3] 潘國榮，白顯圣.氣體分子運動實驗在理化教學中的設計與改進[J].中國教育技術裝備，2013（31）

[4] 潘國榮，白顯圣.基于學生探究微粒運動實驗的微型封閉化設計[J].中國教育技術裝備，2014（11）

[5] 潘國榮，白顯圣.探究微粒運動實驗的微型封閉化設計[J].中學化學教學參考，2014（9）

[6] 潘國榮，白顯圣.微粒運動實驗創新設計與改進[J].化學教育，2015（5）.

【責任編輯 郭振玲】