探究微粒運動的多功能實驗裝置

新疆維吾爾自治區(qū)新源縣第六中學(xué)(835800) 張紅梅 江蘇省徐州市第二十九中學(xué) (233400) 魏 海

現(xiàn)行多個版本的初中化學(xué)教材中都編排了探究微粒運動實驗，旨在引導(dǎo)學(xué)生認識微粒的無規(guī)則運動，并發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”的學(xué)科素養(yǎng)。教材實驗借助濃氨水與酚酞溶液進行實驗，現(xiàn)象明顯，但實驗裝置不能固定，操作因此不夠簡便；實驗體系開放，又使得實驗過程不夠環(huán)保。

筆者在實驗教學(xué)中研制出了一套專門的實驗裝置，用其探究微粒的運動性，不僅簡約而且環(huán)保。

1 實驗裝置的制作

1.1 實驗器材

125 mL廣口瓶(含配套的單孔橡皮塞)，20 mm×200 mm玻璃管(含配套的橡皮塞)，2 mm×150 mm的金屬絲，脫脂棉。

1.2 制作過程

(1)找1根2 mm×150 mm的金屬絲，將其表面打毛，一端磨尖。

(2)取1個與20 mm×200 mm玻璃管的口徑相配套的橡皮塞，將金屬絲的尖端插入橡皮塞的反面，然后在金屬絲上捆扎20～30個大小合適的脫脂棉球，如圖2(a)所示。

(2)取1個20 mm×200 mm的玻璃管，按圖2(b)所示，將插有金屬絲的橡皮塞塞入玻璃管的管口。

(4)取1個與125 mL廣口瓶的口徑相配套的橡皮塞，在橡皮塞中心打1個粗孔，使其與20 mm×200 mm玻璃管的口徑相匹配。

(5)取1個125 mL的廣口瓶，按圖2(c)所示，將圖2(b)所示裝置插入與廣口瓶相配套的橡皮塞中將它們組合好(注意使玻璃管露出橡皮塞1～2 cm即可)。至此，探究微粒運動的多功能實驗裝置就做好了。

2 實驗裝置的應(yīng)用

利用該實驗裝置，借助不同的試劑組合(如濃氨水與酚酞溶液、濃鹽酸與石蕊溶液、蒸餾水與氯化鈷溶液、濃醋酸與石蕊溶液、汽油與高錳酸鉀溶液等)，可以分別進行多個探究微粒運動的實驗。

2.1 借助濃氨水與酚酞溶液探究微粒運動

2.1.1 實驗原理

濃氨水極易揮發(fā)，揮發(fā)出來的氨氣接觸到酚酞溶液中的水變?yōu)榘彼?；氨水顯堿性(解離出大量的OH-)，能使酚酞溶液變紅。

2.1.2 實驗裝置

實驗裝置如圖3所示。

2.1.3 實驗步驟

(1)在每個脫脂棉球上分別滴入適量的酚酞溶液，然后在廣口瓶里注入適量的濃氨水，立即按圖3所示快速連好實驗裝置。

(2)很快觀察到，脫脂棉球自下而上逐漸變?yōu)榧t色，從而說明氨分子在不斷運動。

(3)如果將廣口瓶底部浸入60 ℃左右的熱水中(加熱1 min左右即可)，脫脂棉球變紅的速率明顯加快，進而說明溫度升高時氨分子運動的速率加快。

(4)實驗結(jié)束，從玻璃管口整體取下橡皮塞、金屬絲和脫脂棉球，再將另外一個大小合適的橡皮塞旋入玻璃管口并塞緊，如圖4所示，以防氨氣逸出而影響下一次實驗。

2.2 借助濃鹽酸與石蕊溶液探究微粒運動

2.2.1 實驗原理

濃鹽酸極易揮發(fā)，揮發(fā)出來的HCl氣體接觸到石蕊溶液中的水變?yōu)辂}酸；鹽酸顯酸性(解離出大量的H+)，能使石蕊溶液變紅。

2.2.2 實驗裝置

實驗裝置如圖5所示。

2.2.3 實驗步驟

(1)在每個脫脂棉球上分別滴入適量的石蕊溶液，然后在廣口瓶里注入適量的濃鹽酸，立即按圖5所示快速連好實驗裝置。

(2)很快觀察到，脫脂棉球自下而上逐漸變紅，說明氯化氫分子在不斷運動。

(3)如果將廣口瓶的底部浸入60 ℃左右熱水中(加熱1 min左右即可)，脫脂棉球變紅的速率則明顯加快，說明溫度升高時氯化氫分子運動的速率加快。

(4)實驗結(jié)束，從玻璃管口整體取下橡皮塞、金屬絲和脫脂棉球，再將另外一個大小合適的橡皮塞旋入玻璃管口并塞緊，以防氯化氫氣體逸出而影響下一次實驗。

2.3 借助蒸餾水與氯化鈷溶液探究微粒運動

2.3.1 實驗原理

2.3.2 實驗裝置

實驗裝置如圖6所示。

2.3.3 實驗步驟

(1)在每個脫脂棉球上分別滴入適量的氯化鈷溶液，然后將其烘干(變?yōu)樗{色)。

(2)在廣口瓶里注入適量的蒸餾水，按圖6所示連好實驗裝置。

(3)在常溫下，一段時間后脫脂棉球自下而上逐漸變紅，說明水分子在不斷運動。如果使用50～60 ℃的熱水，脫脂棉球變紅的速率則明顯加快，從而說明溫度升高會加快分子運動。

(4)實驗結(jié)束，從玻璃管口整體取下橡皮塞、金屬絲和脫脂棉球，再將另一個大小合適的橡皮塞旋入玻璃管口并塞緊，以防水蒸氣逸出而影響下一次實驗。

3 實驗裝置的優(yōu)點

(1)實驗裝置較為封閉，因此實驗過程對環(huán)境友好；實驗現(xiàn)象有趣，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(2)實驗裝置固定，取用方便、操作簡單，特別有利于多個班級的連續(xù)授課。

(3)每次實驗結(jié)束，只需將附著在金屬絲上的脫脂棉球暴露在陽光下(或用電吹風吹)一會兒，棉球就能恢復(fù)到實驗前的顏色，下一次實驗可以繼續(xù)使用，這不僅節(jié)約試劑，也提高了實驗效益。

(4)該實驗裝置既可用于課堂演示，也能用于分組實驗和課外探究活動，因此豐富了中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)資源。