“分子間有間隔實驗”的分析與探究

河南省南陽市實驗中學(xué)(473000) 郭 濤

化學(xué)研究的最終價值在于運用人教版化學(xué)教材9年級上冊第3單元課題1“分子和原子”中介紹了分子的基本特征?！胺肿雍驮印笔抢^前面兩單元學(xué)習(xí)之后，從宏觀物質(zhì)世界向微觀粒子世界跨進(jìn)的第一課，正確認(rèn)識分子的基本特征有利于學(xué)生從微觀的角度認(rèn)識物質(zhì)的性質(zhì)、變化和分類，也是下一步正確理解化學(xué)反應(yīng)實質(zhì)的基礎(chǔ)。

教材中，對于“分子之間有間隔”這一特征的介紹，只配有簡短的文字說明和圖片說明，沒有配套的實驗探究，這不利于學(xué)生對知識的合理認(rèn)識和深刻理解。而9年級學(xué)生處于化學(xué)學(xué)科思想和方法形成的啟蒙階段，他們思維活躍，求知欲強(qiáng)，對探究化學(xué)現(xiàn)象本質(zhì)表現(xiàn)出了強(qiáng)烈的好奇心。如果能設(shè)計實驗，探究分子之間是否存在間隔，會加深學(xué)生對知識的理解，加快知識體系的建構(gòu)。在完成知識學(xué)習(xí)的同時，幫助學(xué)生從形象思維向抽象思維轉(zhuǎn)變。

鑒于此，教學(xué)中有必要補(bǔ)充實驗，探究分子之間是否存在間隔。然而，采用不同的實驗裝置進(jìn)行探究，實驗現(xiàn)象會有明顯差異，甚至?xí)绊懻_實驗結(jié)論的形成。對此，筆者進(jìn)行了實驗探究與分析。

1 傳統(tǒng)實驗回顧

教學(xué)實踐中，傳統(tǒng)的實驗設(shè)計主要采用兩種裝置。第一種是量筒。大致有兩種做法。

(1)用3個量筒進(jìn)行實驗。用25 mL量筒量取20 mL水，倒入50 mL量筒中。另取1個25 mL量筒，量取20 mL酒精，再倒入上述50 mL量筒中。觀察示數(shù)。

現(xiàn)象：50 mL量筒中，水的體積示數(shù)小于40 mL。

缺點：實驗操作過程中，用2個量筒分別量取了20 mL水和20 mL酒精，再倒入50 mL量筒中，存在明顯系統(tǒng)誤差。無論實驗現(xiàn)象如何，均缺乏說服力。

(2)用1個量筒進(jìn)行實驗。用25 mL量筒先量取10 mL水，然后再量取10 mL酒精。觀察示數(shù)。

實驗現(xiàn)象：量筒中，水的體積示數(shù)小于20 mL。

缺點：實驗中將酒精倒入量筒，量取10 mL酒精的過程中，酒精和水就開始發(fā)生了混合，實際量取酒精的體積已經(jīng)大于10 mL，這導(dǎo)致最終液面下降很不明顯，實驗說服力不強(qiáng)。

另外，這兩種做法均用大量程量筒量取少量液體，違反了量筒選擇的一般原則，即選擇與要取體積相等或比所取體積大且最接近量程的量筒。這樣的實驗探究給了學(xué)生錯誤的教學(xué)示范，應(yīng)予禁止。

第二種是長玻璃管。取1根玻璃管(長度30～40 mm為宜，內(nèi)徑5 mm左右)，豎立，用膠帽密封下端管口。用注射器將水由玻璃管上端管口注入，至水的高度約為玻璃管長度一半時，停止加水。再用注射器向玻璃管中注入染色的酒精，待液柱接近玻璃管上端管口時，停止注入酒精，標(biāo)記液柱的高度為a。用膠帽密封上端玻璃管口。上下顛倒玻璃管數(shù)次，豎立玻璃管，標(biāo)記液柱高度為b。如圖1所示，觀察液體高度變化。

圖1 用長玻璃管實驗的操作圖

實驗現(xiàn)象：液柱明顯下降，b的位置明顯低于a的位置。

缺點：實驗室沒有配備合適的長玻璃管。如果玻璃管太長，實驗操作不方便；而玻璃管太短，實驗現(xiàn)象不明顯。玻璃管內(nèi)徑也不能太小，否則酒精和水不易充分混合，實驗現(xiàn)象不明顯。

2 實驗的初步改進(jìn)

針對以上實驗設(shè)計的不足，筆者進(jìn)行了實驗改進(jìn)。將大試管和玻璃管組合進(jìn)行實驗探究。

2.1 實驗用品

大試管(32 mm×200 mm)、小燒杯、細(xì)玻璃管、橡膠塞、細(xì)記號筆、酒精、水、墨水。

2.2 實驗裝置

實驗裝置如圖2所示。

圖2 大試管和玻璃管組合的實驗操作圖

2.3 實驗步驟

(1)取適量酒精置于小燒杯中，滴加幾滴墨水，把酒精染色，備用。

(2)豎立大試管。在大試管中加入約半試管體積的水，備用。

(3)再把用墨水染色的酒精加入大試管中，當(dāng)酒精距離試管口1 mm左右時，停止加入。

(4)用帶有細(xì)玻璃管的橡膠塞塞緊試管口(此時細(xì)玻璃管中出現(xiàn)一段液柱)。用細(xì)記號筆標(biāo)注液柱的位置a。

(5)震蕩大試管，待試管內(nèi)的液體全部被墨水染色后，觀察液柱變化。標(biāo)注液柱的位置b。

(6)對比a點和b點的位置高低，得出實驗結(jié)論。

(7)實驗結(jié)束，整理實驗用品。

2.4 實驗現(xiàn)象

液柱明顯下降，b的位置明顯低于a的位置。

這個實驗操作簡單，實驗現(xiàn)象比較明顯，初步解決了傳統(tǒng)實驗的不足。但是，實驗受到玻璃管的限制，不便進(jìn)行學(xué)生分組實驗。另外，如果試管震蕩操作不慎，玻璃管易斷裂，這是潛在的安全隱患。

3 實驗的進(jìn)一步改進(jìn)

一次性滴管是塑料材質(zhì)，整體成型的實驗器材。我們采用一次性滴管進(jìn)行了新的實驗嘗試，效果顯著。實驗使用的是3 mL一次性滴管，滴管長度16 cm，滴管體積7.8～8.0 mL。

3.1 實驗用品

一次性滴管(帶膠帽)、小燒杯、玻璃棒、帶針頭注射器(10 mL)、酒精(濃度95%)、水、墨水。

3.2 實驗裝置

實驗裝置如圖3所示。

圖3 一次性滴管的實驗操作圖

3.3 實驗步驟

(1)將2只小燒杯分別標(biāo)上A、B兩標(biāo)簽。

(2)在A燒杯內(nèi)加入10 mL左右的水；在B燒杯中加入10 mL左右的酒精，并滴加適量墨水染色，用玻璃棒攪拌均勻，備用。

(3)取1支一次性滴管，倒置。用注射器從燒杯A中吸取4 mL水，沿滴管口緩慢推入滴管中。

(4)另取1支注射器，從燒杯B中吸取4 mL酒精。沿滴管口緩慢將酒精推入滴管中，至充滿滴管為止。蓋上膠帽，滴管口朝上，觀察現(xiàn)象。液體充滿整支滴管，無色的水與染色的酒精出現(xiàn)分層，無色的水在下層，染色的酒精在上層。

(5)上下顛倒滴管一次。滴管口朝上，觀察現(xiàn)象。原本分層的兩種液體混合，液體全部變紅，且液面明顯下降約1.5 cm左右。

(6)實驗結(jié)束，整理實驗用品。

3.4 實驗優(yōu)點

(1)采用一次性滴管進(jìn)行實驗，實現(xiàn)了實驗裝置的微型化。

(2)實驗中酒精的用量很少(4 mL)，節(jié)約藥品。

(3)液柱下降1.5 cm左右，實驗現(xiàn)象明顯。

(4)節(jié)省實驗時間，提高了課堂教學(xué)效率。

(5)實驗標(biāo)準(zhǔn)化操作，成功率100%。

(6)一次性滴管是實驗室的常規(guī)配置，實驗用品易得，安全性有保障，便于學(xué)生開展分組實驗。