證明分子做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

本期點(diǎn)評(píng)專(zhuān)家

朱朝義 中學(xué)正高級(jí)教師，中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)中小學(xué)創(chuàng)造教育分會(huì)常務(wù)理事，湖南省優(yōu)秀科技工作者，《發(fā)明與創(chuàng)新》專(zhuān)家團(tuán)專(zhuān)家。

一、問(wèn)題的提出

在老師上完內(nèi)能的相關(guān)知識(shí)后，我對(duì)分子的擴(kuò)散現(xiàn)象產(chǎn)生了濃厚的興趣。

教材中的擴(kuò)散現(xiàn)象是將無(wú)色的空氣和紅棕色的二氧化氮用隔板隔開(kāi)，當(dāng)抽開(kāi)隔板后，能看到二者互相混合，顏色都變成淺紅棕色，由此說(shuō)明空氣和二氧化氮?dú)怏w間發(fā)生了擴(kuò)散現(xiàn)象。而老師也講到，擴(kuò)散現(xiàn)象不僅存在于同種物態(tài)之間，也存在于氣體和液體、氣體和固體等不同物態(tài)之間。

因此，我想通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分子熱運(yùn)動(dòng)。

二、準(zhǔn)備器材，制訂計(jì)劃

我準(zhǔn)備了足量的氨水、酚酞溶液、酒精，一個(gè)大燒杯，兩個(gè)小燒杯，三支塑料滴管，一個(gè)口罩，如圖1所示。

我的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃是：在兩個(gè)小燒杯中分別滴入氨水和酚酞溶液，再用大燒杯蓋住兩個(gè)小燒杯，起到一定的密封效果，且保證兩個(gè)燒杯間沒(méi)有接觸，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。同時(shí)注意，氨水易揮發(fā)出氨氣，氨氣屬于刺激性氣體，故實(shí)驗(yàn)時(shí)我佩戴了口罩，并打開(kāi)窗戶(hù)通風(fēng)。

三、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象

（一）如圖2，往一個(gè)小燒杯里滴入氨水，氨水無(wú)明顯變化，生成了有刺激性氣味的氣體。

（二）將氨水用大燒杯蓋住，減少氨水揮發(fā)出的氣體對(duì)大燒杯外酚酞溶液的影響，如圖3。

（三）如圖4，向另一個(gè)燒杯中滴入無(wú)色酚酞溶液。

（四）如圖5，將裝有無(wú)色酚酞溶液的小燒杯與裝有氨水的小燒杯同時(shí)用大燒杯罩住，使大燒杯內(nèi)的空間形成密閉環(huán)境。

（五）2分鐘后，可觀察到酚酞溶液有些變紅。繼續(xù)等待，2個(gè)小時(shí)后可觀察到酚酞溶液完全變紅，如圖6所示。

四、分析與論證

酚酞是一種有機(jī)化合物，分子式為C20H14O4，其溶液特性是在酸性和中性溶液中為無(wú)色，在堿性溶液中為紫紅色。氨水中存在化學(xué)平衡，一部分以氨分子的形式存在，另一部分氨分子與水反應(yīng)生成銨離子和氫氧根離子，故呈弱堿性。

氨水易揮發(fā)出氨氣。在實(shí)驗(yàn)中，氨水與酚酞溶液兩種液體并無(wú)接觸，但氨分子從氨水中揮發(fā)出來(lái)后，溶于酚酞溶液中，與水反應(yīng)生成銨離子和氫氧根離子，整個(gè)溶液呈弱堿性，故無(wú)色的酚酞溶液變紅。

結(jié)論：該實(shí)驗(yàn)中雖然兩種液體被隔離，但依舊出現(xiàn)了擴(kuò)散現(xiàn)象，說(shuō)明它們之間經(jīng)歷了從液體到氣體的物態(tài)變化過(guò)程。通過(guò)觀察和分析得知，擴(kuò)散現(xiàn)象可以發(fā)生在液體和氣體兩種物態(tài)之間。該實(shí)驗(yàn)?zāi)茉俅窝a(bǔ)充說(shuō)明一切物質(zhì)的分子都在不停地做無(wú)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)。

五、實(shí)驗(yàn)評(píng)估

（一）在第一次實(shí)驗(yàn)中，將無(wú)色酚酞溶液滴入大燒杯時(shí)并沒(méi)有出現(xiàn)明顯變紅的現(xiàn)象，只在杯壁上出現(xiàn)了一點(diǎn)變色現(xiàn)象，如圖7。經(jīng)過(guò)分析，我認(rèn)為是氨水的量不夠多，于是重新添加了氨水，再次放入后就有了明顯的變化，如圖8。

（二）氨水容易揮發(fā)，在第一次實(shí)驗(yàn)中，我先倒氨水，這可能是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯的原因。

（三）通過(guò)查閱資料得知，能使酚酞變紅的溶液的pH值范圍為8.2～10.0，而堿性溶液的pH值大于7，因此在重復(fù)該實(shí)驗(yàn)時(shí)，若溶液的pH值不在8.2～10.0范圍內(nèi)便不能使酚酞變紅，實(shí)驗(yàn)中氨水的pH值應(yīng)經(jīng)過(guò)檢測(cè)后再使用。（指導(dǎo)老師：楊莉" "李鴻）[本文為重慶市教育學(xué)會(huì)第十屆（2021—2023年）基礎(chǔ)教育科研立項(xiàng)重點(diǎn)課題“基于STEAM理念的科創(chuàng)社團(tuán)開(kāi)發(fā)和實(shí)踐研究”（XH2021A206）階段性研究成果。]

專(zhuān)家點(diǎn)評(píng)

作者學(xué)習(xí)了氣體擴(kuò)散現(xiàn)象后，對(duì)相關(guān)知識(shí)產(chǎn)生了濃厚的興趣。更難能可貴的是，在學(xué)習(xí)了“擴(kuò)散現(xiàn)象不僅存在于氣體和氣體之間，也存在于氣體和液體、氣體和固體等不同物態(tài)之間”這一科學(xué)知識(shí)后，作者自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，體現(xiàn)了較好的科學(xué)素養(yǎng)。

建議：文章中的一些表述應(yīng)更嚴(yán)謹(jǐn)，“實(shí)驗(yàn)中氨水的pH值應(yīng)經(jīng)過(guò)檢測(cè)后再使用”等結(jié)論可進(jìn)一步設(shè)計(jì)拓展實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。此外，因氨氣屬于刺激性有毒氣體，建議將實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)得更安全些。

（欄目編輯 田春憶）