利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)選擇FeOH3膠體滲析實(shí)驗(yàn)的半透膜

王學(xué)坦 汪丹丹

摘要：利用電導(dǎo)率傳感器進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，比較雞蛋殼內(nèi)膜、濾紙、保鮮膜對(duì)Fe（OH）3膠體的滲析功能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在課堂上使用雞蛋內(nèi)膜作為半透膜還是比較合理的。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；膠體滲析；電導(dǎo)率；氫氧化鐵膠體；半透膜

文章編號(hào)：1008-0546（2016）09-0087-02 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.09.030

一、 問(wèn)題的提出

教學(xué)中講到膠體的概念，會(huì)設(shè)計(jì)用丁達(dá)爾效應(yīng)區(qū)分膠體和溶液的實(shí)驗(yàn)，但對(duì)膠體概念的解釋仍然缺乏感性材料的支撐，不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握。如果能設(shè)計(jì)有趣的膠體滲析實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生“看到”離子通過(guò)某種半透膜而膠粒卻不能，離子與膠體都能透過(guò)濾紙，那么學(xué)生就能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握相關(guān)概念和原理，在做實(shí)驗(yàn)中掌握膠體的概念，并掌握離子與膠體的分離可以用半透膜但不能用濾紙。本文根據(jù)滲析原理，運(yùn)用電導(dǎo)率傳感器記錄膠體滲析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中離子濃度的變化，利用數(shù)據(jù)說(shuō)明雞蛋殼內(nèi)膜、濾紙，保鮮膜對(duì)Fe（OH）3膠體的滲析性能。

化學(xué)教育2014年第三期中也刊登過(guò)類(lèi)似的文章，該文章得出結(jié)論：保鮮膜為半透膜，最適合做膠體滲析實(shí)驗(yàn)[1]。但我們從生活經(jīng)驗(yàn)中知道保鮮膜是不透水的，所以筆者對(duì)該結(jié)論持懷疑態(tài)度。本研究利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和直觀性來(lái)探究不同材料對(duì)膠體的滲透作用，尋找適合演示Fe（OH）3膠體滲析實(shí)驗(yàn)的半透膜。

二、 實(shí)驗(yàn)原理

電導(dǎo)率傳感器是測(cè)量溶液導(dǎo)電性大小的傳感器，在溶液中，因離子的移動(dòng)而導(dǎo)電，所以在一定的濃度范圍內(nèi)，溶液離子濃度越高，導(dǎo)電能力就越強(qiáng)[2]。

我們制氫氧化鐵膠體是往沸水里滴飽和的氯化鐵，所以制成的膠體溶液中存在氫離子、氯離子和氫氧化鐵膠體粒子。

Fe3++3H2O■Fe（OH）3（膠體）+3H+

可以分別用雞蛋殼內(nèi)膜、濾紙、保鮮膜過(guò)濾制成的膠體溶液，用電導(dǎo)率傳感器測(cè)濾液的電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化，一旦溶液中的電導(dǎo)率有變化就說(shuō)明該材料可以透過(guò)離子，相同時(shí)間內(nèi)，電導(dǎo)率增加得越快說(shuō)明該材料透過(guò)離子的效果越好。而氫氧化鐵膠體是紅褐色的，判斷材料是否可以透過(guò)膠體，可以根據(jù)濾液的顏色來(lái)判斷。再取少量濾液分別加入AgNO3溶液、KSCN溶液可以進(jìn)一步確定是否有氯離子和三價(jià)鐵離子通過(guò)。

三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1. 實(shí)驗(yàn)儀器和藥品

實(shí)驗(yàn)儀器：鐵架臺(tái)，磁力攪拌器，250mL燒杯4個(gè)，25mL量筒兩個(gè)，電導(dǎo)率傳感器。

實(shí)驗(yàn)藥品：5%KSCN溶液，0.1mol/L AgNO3溶液，飽和的FeCl3溶液。

2. 膠體的制備和雞蛋殼內(nèi)膜的制作

（1）膠體的制備：取200mL蒸餾水放入250mL燒杯中，加熱煮沸，然后向沸水中滴加240滴飽和的FeCl3溶液[3]，繼續(xù)煮沸至溶液呈紅褐色即停止加熱。利用丁達(dá)爾效應(yīng)檢驗(yàn)制備出來(lái)的Fe（OH）3膠體。

（2）雞蛋殼內(nèi)膜的制作：將雞蛋尖端敲開(kāi)小孔，倒出蛋清、蛋黃，用蒸餾水清洗。將半個(gè)雞蛋懸掛于2%的鹽酸中（見(jiàn)圖1）浸泡12h左右，用蒸餾水輕輕沖洗蛋殼，繼續(xù)浸泡，直到蛋殼完全脫落形成半透膜。

3. 實(shí)驗(yàn)裝置

4. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（1）按照?qǐng)D2連接儀器。

（2）取3個(gè)250mL燒杯，向每個(gè)燒杯中加入200mL的蒸餾水。

（3）將準(zhǔn)備好的濾紙、雞蛋殼內(nèi)膜、保鮮膜放入三個(gè)燒杯中，打開(kāi)Logger Pro 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，點(diǎn)擊開(kāi)始；然后分別向?yàn)V紙、雞蛋殼內(nèi)膜、保鮮膜中加入20mL Fe（OH）3膠體；測(cè)量每個(gè)燒杯中的電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化。

（4）分別從雞蛋殼內(nèi)膜、保鮮膜兩個(gè)燒杯中取出少量液體于試管中（濾紙的燒杯不用取，看顏色即知濾紙既透離子又透膠體），滴加AgNO3溶液，雞蛋殼內(nèi)膜的有大量白色沉淀產(chǎn)生，滴加稀硝酸不溶解，說(shuō)明溶液中含有氯離子，保鮮膜的沒(méi)有任何現(xiàn)象，說(shuō)明沒(méi)有氯離子。另取兩支干凈試管，分別從雞蛋殼內(nèi)膜、保鮮膜兩個(gè)燒杯中取出少量的液體加入試管中，滴加5%KSCN溶液，雞蛋殼半透膜的變成血紅色，說(shuō)明溶液中存在三價(jià)鐵離子，保鮮膜的沒(méi)有任何現(xiàn)象，說(shuō)明沒(méi)有三價(jià)鐵離子。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄

（2）實(shí)驗(yàn)圖像

五、結(jié)果分析與思考

（1）雞蛋殼內(nèi)膜是合適的膠體滲析實(shí)驗(yàn)半透膜。從以上實(shí)驗(yàn)可以看到保鮮膜既不能透過(guò)膠體也不能透過(guò)離子；雞蛋殼內(nèi)膜不能透過(guò)膠體但能透過(guò)離子；濾紙既能透過(guò)離子也能過(guò)透膠體。保鮮膜不能作為膠體滲析實(shí)驗(yàn)的半透膜。

（2）從記錄的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)可以看出來(lái)，在三組平行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，第三組的雞蛋殼內(nèi)膜在10min時(shí)，電導(dǎo)率已經(jīng)發(fā)生變化，而實(shí)驗(yàn)一組和二組在10min時(shí)，電導(dǎo)率沒(méi)有任何變化。這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)三組的Fe（OH）3膠體是新制的，而一組和二組的Fe（OH）3膠體制好后放置了6個(gè)小時(shí)左右，靜置會(huì)導(dǎo)致Fe（OH）3膠體聚沉，膠體粒子不斷長(zhǎng)大，膠體溶液中的離子減少，所以滲透速率減慢。而且因?yàn)殡u蛋有大小，實(shí)驗(yàn)三組的雞蛋殼半透膜的表面積大于實(shí)驗(yàn)一組和二組的雞蛋殼半透膜的表面積，所以加快了離子的滲透的速率。

雞蛋對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是非常熟悉的，幾乎每天都會(huì)接觸到。這個(gè)實(shí)驗(yàn)不僅僅是觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電導(dǎo)率的變化，雞蛋殼半透膜的制作也是學(xué)生非常感興趣的點(diǎn)，學(xué)生在制作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，而如何解決這些問(wèn)題，找到簡(jiǎn)單易行的方法讓他們?cè)谶@個(gè)過(guò)程中不斷地思考交流，共同進(jìn)步。對(duì)于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)這種新型實(shí)驗(yàn)形式，學(xué)生也是非常感興趣，讓學(xué)生動(dòng)手參與到整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不僅培養(yǎng)了他們的實(shí)驗(yàn)操作能力，也培養(yǎng)了他們對(duì)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉曉紅，袁文文，鄧海威等.利用手持技術(shù)選擇氫氧化鐵膠體滲析實(shí)驗(yàn)半透膜[J].化學(xué)教育，2014，35（3）：77-79

[2] 傅獻(xiàn)彩等.物理化學(xué)第二冊(cè)（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2010：18-19

[3] 江敏.讓學(xué)生體驗(yàn)與自然的交流——從“膠體”的教學(xué)實(shí)踐談對(duì)學(xué)科教學(xué)的思考（上）[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2013，（8）：5-7