江蘇省常熟市常清中學(xué)(215500) 周玲玲江蘇省常熟市昆承中學(xué)(215500) 任艷秋

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)回顧與分析

教科書上，利用圖1、圖2所示裝置分別演示微粒不斷運(yùn)動(dòng)和微粒間有空隙等微粒的性質(zhì)。但是，圖1所示裝置實(shí)驗(yàn)密封性較差，實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)使氨氣擴(kuò)散到空氣中，不但污染環(huán)境，而且影響師生的身體健康；且實(shí)驗(yàn)用時(shí)較長，實(shí)驗(yàn)裝置不易移動(dòng)。利用圖2裝置進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，教室后排的學(xué)生不能明顯的觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；即使是學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，若兩根玻璃管的尺寸選擇不當(dāng)以及實(shí)驗(yàn)誤差的影響，也會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)使用的試劑較多，造成試劑浪費(fèi)，而且不能說明溫度對微粒運(yùn)動(dòng)速率和微粒間空隙的影響。同時(shí)，如果教師擔(dān)任多個(gè)班級(jí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，每個(gè)班級(jí)要重新搭建實(shí)驗(yàn)裝置，且需要使用新的藥品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。不僅造成了藥品的浪費(fèi)，增加了實(shí)驗(yàn)成本，還會(huì)極大地降低實(shí)驗(yàn)效率，也不符合綠色化學(xué)理念的要求。

圖1 探究微粒運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)

圖2 水與酒精混合實(shí)驗(yàn)

2 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)用品

鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、2支相同規(guī)格的試管、自制U型管(將2支直角導(dǎo)管用乳膠管相連)、單孔塞2個(gè)、玻璃導(dǎo)管、乳膠管、100 mL燒杯(2個(gè))、棉花團(tuán)、棉線、紅墨水、稀氨水(濃度為8%)、60 ℃的溫水、酚酞試液、自來水、稀硫酸。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

構(gòu)成稀氨水的微粒與沾有酚酞試液的棉花團(tuán)在沒有接觸的條件下，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，說明構(gòu)成稀氨水的微粒很小，用肉眼看不到，且氨分子永不停息的做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。給右端試管加熱，雖然右端試管內(nèi)棉花團(tuán)比左端試管內(nèi)棉花團(tuán)高，仍然發(fā)現(xiàn)右端試管內(nèi)的棉花團(tuán)從下到上變紅的速度比左端試管內(nèi)的棉花團(tuán)快、顏色深，且U型管內(nèi)紅墨水液面左高右低，說明溫度越高，微粒運(yùn)動(dòng)速度越快，且隨著溫度的升高，微粒間的空隙變大。

2.3 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置圖(該圖為主裝置圖，已將支撐裝置及部分輔助裝置略去)

2.4 實(shí)驗(yàn)操作過程及說明

(1)配制稀氨水，自制U型管，搭建裝置。

(2)將棉花團(tuán)浸泡在酚酞試液中，取出，每3個(gè)棉花團(tuán)用棉線串起來，備用。該過程棉花團(tuán)不變紅，說明空氣不能使酚酞試液變紅。

(3)在U型管內(nèi)加入適量的紅墨水，調(diào)節(jié)并固定U型管，使U型管左右液面處于同一水平線上。

(4)在兩支試管中分別加入5mL的稀氨水，將浸潤酚酞試液的棉花團(tuán)串放入試管中，右端試管內(nèi)棉花團(tuán)串的高度高于左端試管內(nèi)棉花團(tuán)串的高度，迅速塞上單孔橡皮塞。觀察到左右兩支試管中棉花團(tuán)串自下而上依次變紅。該現(xiàn)象說明氨氣微粒能夠使構(gòu)成酚酞試液的微粒變紅，且構(gòu)成物質(zhì)的微粒在不斷的運(yùn)動(dòng)。肉眼看不到運(yùn)動(dòng)的微粒，也說明構(gòu)成物質(zhì)的微粒很小。

(5)將右端試管放入盛有60 ℃熱水的燒杯中，觀察到右端的棉花團(tuán)最頂端處變紅的速度較快、程度比左端深，說明溫度越高，微粒的運(yùn)動(dòng)速度越快。同時(shí)觀察到U型管左邊液面升高，右邊液面降低。

(6)將右端試管底部的熱水換成冷水，一段時(shí)間后，U型管兩邊液面差變小。說明微粒間有空隙，溫度越高，微粒間的空隙越大，溫度越低，微粒間的空隙越小。同時(shí)能夠從本質(zhì)上解釋熱脹冷縮現(xiàn)象。

(7)重復(fù)步驟(5)和(6)，讓學(xué)生多次觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

(8)整理裝置，待另一個(gè)班級(jí)上課時(shí)更換棉花團(tuán)串重復(fù)使用。

2.5 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

2.5.1 實(shí)驗(yàn)裝置綠色、環(huán)保、移動(dòng)性強(qiáng)

實(shí)驗(yàn)裝置簡單，操作方便，在封閉體系內(nèi)氨氣不易逸出，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)對稀氨水進(jìn)行了處理，減少了污染。搭建一次裝置，可在多個(gè)班級(jí)內(nèi)重復(fù)使用。

2.5.2 實(shí)驗(yàn)過程節(jié)約試劑和時(shí)間

與教科書上原有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相比，將濃氨水換成稀氨水，試劑用量減少一半，且試劑可以重復(fù)利用，時(shí)間較快，效率高。

2.5.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可視化及重復(fù)性強(qiáng)

利用U型管將微粒的多個(gè)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。通過簡單的操作，可以讓學(xué)生多次觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2.5.4 實(shí)驗(yàn)探究一體化

該裝置能夠解釋微?！靶　薄皠?dòng)”“隙”三個(gè)性質(zhì)，同時(shí)能夠說明溫度是如何影響微粒的運(yùn)動(dòng)速度和微粒間空隙的。

2.5.5 實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)過程滲透學(xué)習(xí)方法

實(shí)驗(yàn)過程中多次運(yùn)用對比的方法，排除了空氣對實(shí)驗(yàn)過程的影響，同時(shí)解釋了溫度對微粒性質(zhì)的影響。引導(dǎo)過程使學(xué)生認(rèn)識(shí)到對比是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要方法，可以將這種方法遷移到其他化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)過程中。

2.5.6 教學(xué)過程有助于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)

自制U型管可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),整個(gè)教學(xué)過程有助于培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。