探究微粒運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

姚彥川　徐作培

摘要： 對化學(xué)教材中探究微粒運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)做了改進(jìn)。利用普通漏斗、玻璃彎管和棉簽等設(shè)計(jì)了4個改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的方案。這些新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)除了具有趣味性、微量化特點(diǎn)外，還具有裝置簡單、藥品用量少、現(xiàn)象明顯、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，且有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及培養(yǎng)他們的環(huán)保意識。

關(guān)鍵詞： 微粒運(yùn)動; 微量化; 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號： 1005-6629（2019）5-0079-03 ? ? ? ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1 ?問題的提出

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行科學(xué)探究的重要方式，學(xué)生具備基本的化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能是學(xué)習(xí)化學(xué)和進(jìn)行探究活動的基礎(chǔ)和保證[1]?；瘜W(xué)教學(xué)中通常借助演示或分組實(shí)驗(yàn)作為教學(xué)的輔助手段，以此加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的感知和對實(shí)驗(yàn)原理的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)欲望，從而使學(xué)生主動參與到學(xué)習(xí)過程中來，以此產(chǎn)生問題意識，提高思維品質(zhì)。教材中的實(shí)驗(yàn)一般可以直觀地反映化學(xué)原理，促進(jìn)學(xué)生對理論知識的認(rèn)知和模型構(gòu)建，有效提高教學(xué)效果，無疑是很好的范例，但有些實(shí)驗(yàn)不乏在安全性、綠色化、趣味性上存在進(jìn)一步優(yōu)化的空間?，F(xiàn)對上海教育出版社出版的九年級《化學(xué)（上冊）》（2012年審定）教材中探究微粒運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

教材方案如圖1所示。

[實(shí)驗(yàn)1]向燒杯A中加入20mL蒸餾水，滴入2～3滴酚酞溶液，得到溶液甲。向溶液甲中滴入1～2滴濃氨水，觀察現(xiàn)象。這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明了什么？

[實(shí)驗(yàn)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，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。你如何解釋產(chǎn)生的現(xiàn)象？

1.1 ?優(yōu)點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)方案成熟，先說明濃氨水可以使酚酞溶液變紅這一事實(shí)，再通過濃氨水和酚酞溶液不接觸也能變紅，由此得到微粒不斷運(yùn)動的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)過程中現(xiàn)象明顯，可視化程度高，適合演示實(shí)驗(yàn)和遠(yuǎn)距離觀察。

1.2 ?缺點(diǎn)

（1） 濃氨水敞口放置散逸出大量有刺激性的氨氣到空氣中，氨氣有一定毒性不利于師生的健康。尤其是教室前排缺少安全保護(hù)措施的學(xué)生感覺非常明顯，嗅覺刺激很大。

（2） 濃氨水用量較多，根據(jù)藥品的取用規(guī)則，實(shí)驗(yàn)后不能放回原試劑瓶，只能稀釋丟棄，造成藥品的浪費(fèi)，如果分組實(shí)驗(yàn)浪費(fèi)更多。

（3） 實(shí)驗(yàn)中外罩的大燒杯較大，且為玻璃材質(zhì)，不方便攜帶和使用。

（4） 實(shí)驗(yàn)僅能探究微粒的運(yùn)動，無法實(shí)現(xiàn)微粒運(yùn)動和影響因素的綜合探究。

2 ?“探究微粒運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)”的改進(jìn)方案

2.1 ?改進(jìn)方案1

2.1.1 ?實(shí)驗(yàn)材料

濃氨水、酚酞溶液、棉花團(tuán)、膠頭滴管、普通漏斗

2.1.2 ?實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

2.1.3 ?實(shí)驗(yàn)步驟

（1） 取普通漏斗，將少許棉花塞入普通漏斗下端，并滴入少許酚酞試液直至棉花團(tuán)浸透。

（2） 將漏斗倒扣在濃氨水的試劑瓶口，片刻后觀察現(xiàn)象。

（3） 取出棉花團(tuán)，清洗漏斗和膠頭滴管，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

2.1.4 ?實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

（1） 無需將大量的濃氨水敞口放在空氣中，減少有毒氣體氨氣的釋放，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)綠色化。

（2） 藥品用量少，甚至幾乎不需取用濃氨水，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)試劑的微量化，非常適合分組實(shí)驗(yàn)。

（3） 所需儀器較少，攜帶方便，不同教室授課時便于移動。

2.2 ?改進(jìn)方案2

2.2.1 ?實(shí)驗(yàn)材料

濃氨水、酚酞溶液、棉花團(tuán)、小燒杯、膠頭滴管、玻璃彎管（90°或135°為宜）兩個

2.2.2 ?實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。

2.2.3 ?實(shí)驗(yàn)步驟

（1） 將少許棉花團(tuán)塞入兩個玻璃彎管a端（如圖3），并滴入酚酞溶液至浸透。

（2） 用膠頭滴管從玻璃彎管b端分別注入等量的水和濃氨水，片刻后觀察現(xiàn)象。

（3） 清洗燒杯、膠頭滴管和玻璃彎管，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

2.2.4 ?實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

（1） 同樣無需將大量的濃氨水敞口放在空氣中，減少有毒氣體的排放，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)試劑的微量化。

（2） 通過酚酞溶液能否變色的對比，幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上形成定性比較的意識。

（3） 實(shí)驗(yàn)儀器輕巧，攜帶方便，分組實(shí)驗(yàn)組織簡單易行，便于操作。

2.3 ?改進(jìn)方案3

2.3.1 ?實(shí)驗(yàn)材料

濃氨水、酚酞溶液、燒杯、棉簽若干、礦泉水瓶（瓶口稍大）、空心塑料管（奶茶吸管即可）、10mL注射器（帶針頭）

2.3.2 ?實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。

2.3.3 ?實(shí)驗(yàn)步驟

（1） 取5根（或更多）棉簽截?cái)?，留少許木條交叉插在空心塑料管上，呈麥穗狀分布（見圖5），用膠頭滴管滴加酚酞溶液在棉簽上，浸透，并整體插入礦泉水瓶中，蓋上瓶蓋[2]。

（2） 用注射器從距離礦泉水瓶底2cm左右側(cè)面緩緩注入2mL濃氨水（如果先從瓶口倒入，部分濃氨水可能粘在瓶壁上，影響實(shí)驗(yàn)效果），稍等片刻，觀察到棉簽自下而上逐漸變紅。

（3） 另取同樣的裝置，將礦泉水瓶置于盛有熱水的燒杯中，比較棉簽上顏色變化的速度（兩個實(shí)驗(yàn)可以分兩組同學(xué)同時進(jìn)行，或者分別用運(yùn)動秒表計(jì)時作比較）。

（4） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束倒入足量的水稀釋，然后倒入指定容器中，清洗和整理儀器，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

2.3.4 ?實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

（1） 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明了，在驗(yàn)證微粒不斷運(yùn)動的同時還可以驗(yàn)證溫度是影響微粒運(yùn)動的重要因素。

（2） 實(shí)驗(yàn)取材簡單易得，成本低，趣味性強(qiáng)，在體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)功效的同時能更好地鼓勵學(xué)生自己動手去體驗(yàn)、去發(fā)現(xiàn)、去改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。

2.4 ?改進(jìn)方案4

2.4.1 ?實(shí)驗(yàn)材料

濃氨水、濃鹽酸、玻璃棒、試管（2支，相同規(guī)格）、膠頭滴管、橡皮塞、鑷子、pH試紙、棉球

2.4.2 ?實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。

2.4.3 ?實(shí)驗(yàn)步驟

（1） 用玻璃棒分別將2～3cm濕潤的pH試紙平鋪貼在兩支試管底部。

（2） 倒置兩個橡皮塞，將棉球放在橡皮塞上，并分別迅速滴加濃鹽酸，濃氨水。

（3） 試管倒立插上，塞緊，觀察pH試紙顏色變化的速度（兩個實(shí)驗(yàn)可以分兩組同學(xué)同時進(jìn)行，或者分別用運(yùn)動秒表計(jì)時作比較）。

（4） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，取下試管，用鑷子夾持并處理棉球，清洗和整理儀器，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

2.4.4 ?實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

（1） 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，在驗(yàn)證微粒不斷運(yùn)動的同時還可以引導(dǎo)學(xué)生探究氣體分子運(yùn)動的速率與相對分子質(zhì)量的關(guān)系。

（2） 實(shí)驗(yàn)取材簡單，成功率高，污染小。

2.4.5 ?幾點(diǎn)說明

（1） 該實(shí)驗(yàn)用到pH試紙，在新授課上關(guān)于試紙的使用方法和試紙顏色的變化可不必作拓展;復(fù)習(xí)課上可以就pH試紙檢測酸堿性氣體的使用作適當(dāng)?shù)耐卣埂?/p>

（2） 該實(shí)驗(yàn)需選擇稍長稍細(xì)的試管，否則試紙顏色變化的時差較小，影響實(shí)驗(yàn)效果。

（3） 實(shí)驗(yàn)操作中，滴加液體之后要迅速塞緊試管，否則會有氣體外逸，污染環(huán)境。

3 ?實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的總結(jié)和思考

（1） 裝置簡單，便于開展分組實(shí)驗(yàn)。

教材實(shí)驗(yàn)需要4個燒杯，尤其是外罩燒杯容積較大，拿持和操作非常不方便，而且外罩燒杯實(shí)驗(yàn)室儲備量可能不夠分組實(shí)驗(yàn)使用。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)大大減少儀器的占用空間，便于分組實(shí)驗(yàn)，其中玻璃彎管如果儲量不夠，教師完全可以自行制備，滿足實(shí)驗(yàn)需要。使用小的玻璃儀器或者不易碎的塑料材料，巧妙地結(jié)合注射器，既安全方便，又便于走動演示或?qū)W生分組實(shí)驗(yàn)[3]。

（2） 藥品用量少，簡化了實(shí)驗(yàn)流程。

四個改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中任何一個實(shí)驗(yàn)濃氨水的用量都遠(yuǎn)少于教材實(shí)驗(yàn)，而且現(xiàn)象都非常直觀明顯，便于推廣應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)以探究微粒的運(yùn)動為中心，將藥品的取用，殘液處理等整合在一套密閉的裝置中，簡化了實(shí)驗(yàn)流程，體現(xiàn)了綠色化學(xué)和環(huán)保理念[4]。

（3） 實(shí)驗(yàn)取材易得，現(xiàn)象明顯，可視化程度高。

實(shí)驗(yàn)材料簡單，加工方便。改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、有趣，具有視覺沖擊力，遠(yuǎn)非課本常規(guī)實(shí)驗(yàn)所能比擬，大大激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)欲望和興趣[5]。

（4） 便于控制變量，進(jìn)一步綜合拓展探究影響微粒運(yùn)動的因素。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)除了能探究微粒的運(yùn)動之外，還可以結(jié)合條件的改變或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象發(fā)生的先后順序，對比探究影響微粒運(yùn)動速率大小的各種因素。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部制定. 義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京： 北京師范大學(xué)出版社， 2012： 2， 11.

[2]黃春凌. 改進(jìn)教材實(shí)驗(yàn) ?提升核心素養(yǎng)[J]. 教育與設(shè)備研究， 2018， （9）： 72～75.

[3]吳小輝， 武俊文. 電解氯化銅溶液裝置的改進(jìn)與思考[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2018， （10）： 72～78.

[4]楊綿艷. 硫在空氣和氧氣中燃燒實(shí)驗(yàn)的新探究[J]. 化學(xué)教育， 2018， （13）： 59～60.

[5]朱玉忠， 李德前. 探究微粒運(yùn)動實(shí)驗(yàn)的新設(shè)計(jì)[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2016， （1）： 67～68.