對微型化分子間隔實驗的再研究

趙傳雙 韓寶柱

摘要：作者由實驗室中的滴管，到日常生活中的注射器、輸液器、小藥瓶、墨囊、眼藥水瓶，不斷嘗試，不斷對比，力求使讀者可以更方便、準(zhǔn)確的選出合適的實驗裝置來滿足不同的實驗要求（演示、分組、家庭實驗），從而使學(xué)生能切身感受到科學(xué)探究之美。

關(guān)鍵詞：分子間隔;微型化;再研究;科學(xué)探究之美

文章編號：1008-0546（ 2021）01-0094-03

中圖分類號：G632.41

文獻標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.027

“對分子基本性質(zhì)的認(rèn)識和掌握”是學(xué)生由宏觀世界步入微觀世界的必經(jīng)之路，而且是第一道關(guān)卡。其中對“分子間隔實驗”的“切身感受”又是行進道路上的一張最重要的通行證。因為內(nèi)容抽象，所以實驗便是“加深理解、提升興趣”的一劑良藥。不過從實際教學(xué)效果來看，仍有不少學(xué)生談虎變色。究其原因，一方面魯教2012版教材上的實驗設(shè)計酒精用量仍較多，學(xué)校開設(shè)分組實驗有困難，因此不能充分滿足孩子們的好奇心和求知欲[1]。另一方面教材上的實驗設(shè)計不夠嚴(yán)謹(jǐn)，缺乏說服力，不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。當(dāng)看到《化學(xué)教與學(xué)》2014年第10期刊發(fā)的佘向陽、王胤琪[2]寫的：“微型化分子間隔演示實驗的改進”一文時，感覺受益匪淺，便去嘗試，對實驗又稍作改進，成文后發(fā)表于《化學(xué)教與學(xué)》2017年第7期，題為：對“微型化分子間隔演示實驗的改進”的借鑒和思考。之后又?jǐn)鄶嗬m(xù)續(xù)做了些研究，現(xiàn)將有關(guān)收獲闡述如下：

一、魯教2012版教材實驗設(shè)計的缺點

1.現(xiàn)象不夠明顯

如圖1所示，10mL酒精倒人10mL水里，液面下降不明顯，反之液面下降稍多，但仍不夠明顯。

2.未排除可能的影響因素

如圖2所示，液面下降，是否是酒精和水發(fā)生“化學(xué)反應(yīng)”產(chǎn)生了氣體，氣體逸出所致;是否是酒精揮發(fā)所致;是否是酒精促使溶解在水中的氣體逸出所致;是否是液體沾到量筒壁上所致，或是液體沾到了手上或橡皮塞上（有的教師在玻璃管中做此實驗，玻璃管需要用橡皮塞或是用手堵著）所致。

3.藥品的用量較多

若依據(jù)教材實驗做分組，按2019年全國1 031萬高考生算，若1L酒精9元錢，兩人一組，一組做一遍，平均每人用5mL酒精，則共用5 155萬mL酒精（51550L），花費463 950元，若是依據(jù)改進后的實驗做分組，每人只消耗0.8mL酒精，則花費：74 232兀，一年可節(jié)省389 718元，兩年、三年……節(jié)省的資金會越來越多。

二、改進后的實驗

1.水和酒精混合

（1）在膠頭滴管內(nèi)混合并設(shè)計對照實驗

實驗步驟：

第一步：將3mL水（染色）分別注入圖3中左側(cè)兩只滴管中，右側(cè)滴管中注入相同體積的酒精（染色），然后擠壓膠頭（或輕彈管壁），趕盡其中可能存在的氣泡。注意：注入液體時不要太快，避免產(chǎn)生氣泡。

第二步：將右邊兩只滴管中分別注滿染色后的水和酒精（右側(cè)酒精染色較淺，便于回收利用）。然后向左側(cè)滴管內(nèi)緩緩注入酒精，直到注滿。

第三步：用手指堵住管口，將裝置上下顛倒2-3次，然后輕輕振蕩幾下，松開手指，觀察現(xiàn)象。

注意：學(xué)生做分組實驗時不需要染色就可以觀察得很清楚而且更加真實。這樣，右側(cè)用來做對照的酒精直接回收利用就可以了。

在這個實驗中，有兩個很神秘的現(xiàn)象：

神秘現(xiàn)象一：神秘的吸力——來去匆匆。顛倒裝置，酒精和水大量混合時，堵管口的手指可感受到瞬間產(chǎn)生的吸力（將15mmx150mm的試管截取2/3……-塞上帶導(dǎo)管的橡皮塞……堵住導(dǎo)管口，上下顛倒一次，“被吸”的感覺就很明顯，外界溫度最好低于15攝氏度）。這一現(xiàn)象直觀地說明了裝置中的氣壓瞬間降低了。但很快這種被吸引的感覺就消失了，應(yīng)該是氣壓降低加速了酒精的揮發(fā)和水的蒸發(fā)的緣故，所以我們看到了一個個小“氣泡”……外界溫度較高時，酒精揮發(fā)的快，水蒸發(fā)的也快，導(dǎo)致裝置中氣壓減小的現(xiàn)象不明顯。

神秘現(xiàn)象二：液面降的太“突然”。酒精溶液（ 95%）和水混合的一側(cè)，在上下顛倒2-3次后，松開手指前，液面沒有明顯的下降，但松開手指后，液面卻突然下降，這是裝置內(nèi)氣壓減小的一個有力證據(jù)。酒精和水混合后，裝置內(nèi)氣壓減小，導(dǎo)致橡膠乳頭體積略微減小，所以液面未見有明顯下降。松開手指，裝置內(nèi)外氣壓相同，橡膠乳頭恢復(fù)原狀，液面方才快速下落。酒精和水混合時，裝置內(nèi)氣壓減小就是兩種分子彼此填充了對方分子之間的空隙所致。

以上現(xiàn)象說明，酒精和水混合后，氣壓降低才是兩種分子相互填充彼此分子間空隙的最有力證據(jù)，而混合后液面下降的原因除此之外，還有多種，其中最重要的便是：酒精的揮發(fā)（包括液體表面的和液體內(nèi)部的）。所以必須創(chuàng)造條件（做分組實驗和家庭小實驗）通過設(shè)計對照實驗引導(dǎo)學(xué)生親身感受這種現(xiàn)象，他們才可以體會到大自然的奇妙，才會被這種“奇妙”深深地吸引。

改進后的實驗所用藥品還不到課本實驗的1/6，現(xiàn)象卻十分明顯，值得推廣！

（2）在其他容器內(nèi)混合并設(shè)計對照實驗（見圖4）

2.水和其他物質(zhì)混合（見圖5）

3.意外收獲（見圖6）

意外發(fā)現(xiàn)一：用乙醇含量為90%+5%的醫(yī)用消毒液和水混合時出現(xiàn)渾濁，

意外發(fā)現(xiàn)二：上述混合液丁達(dá)爾效應(yīng)明顯。

據(jù)以上現(xiàn)象可知，該醫(yī)用消毒液中有的雜質(zhì)在水中的溶解度較小，加入水后形成了膠體。

三、反思與評價

初中的很多實驗，貌似簡單，卻很抽象。越是經(jīng)典，越是需要不斷優(yōu)化創(chuàng)新，唯有如此，方能帶領(lǐng)孩子們走進科學(xué)。

1.改進后裝置的優(yōu)點

（1）增強了實驗結(jié)論的客觀性。

該裝置增加了對照實驗，排除了諸多因素的影響（如液體沾到手上、酒精或水的揮發(fā)、混合體積減小僅是因為受重力影響等），從而增強了實驗的說服力，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。

（2）經(jīng)濟環(huán)保。

本實驗裝置廉價，在節(jié)約藥品的同時，現(xiàn)象更加明顯，并且從源頭上減少了危險廢物的產(chǎn)生，因此也節(jié)省了危廢處置的費用。以前因為酒精用量太多而難以開設(shè)分組，現(xiàn)在我校爭取盡早率先把分組實驗開起來。讓孩子們有更多機會去體驗實驗探究的樂趣。

（3）多數(shù)實驗用品都比較常見，在家就能完成。

這便最大限度的滿足了學(xué)生探索自然的欲望，進一步培養(yǎng)了孩子們的學(xué)習(xí)興趣。

2.改進后裝置的缺點

若用到注射器（帶針頭），有一定的危險性，需提醒學(xué)生注意安全1

3.操作時的注意事項

因改進后的裝置用的藥品較少，即使少量氣泡也可能對實驗結(jié)果產(chǎn)生較大影響，所以要將藥品沿器壁緩慢注入，以防產(chǎn)生氣泡。

參考文獻

[1]畢華林，盧巍.義務(wù)教育教科書.化學(xué)（八年級上冊）[M].濟南：山東教育出版社，2012：28

[2] 佘向陽，王胤琪.微型化分子間隔演示實驗的改進[J].化學(xué)教與學(xué)，2014，（10）：87