探究微粒运动的实验改进

姚彦川　徐作培

摘要： 对化学教材中探究微粒运动的实验做了改进。利用普通漏斗、玻璃弯管和棉签等设计了4个改进实验的方案。这些新设计的实验除了具有趣味性、微量化特点外，还具有装置简单、药品用量少、现象明显、易于控制等优点，且有利于激发学生的学习兴趣以及培养他们的环保意识。

关键词： 微粒运动; 微量化; 实验改进

文章编号： 1005-6629（2019）5-0079-03            中图分类号： G633.8            文献标识码： B

1  问题的提出

化学实验是进行科学探究的重要方式，学生具备基本的化学实验技能是学习化学和进行探究活动的基础和保证[1]。化学教学中通常借助演示或分组实验作为教学的辅助手段，以此加深学生对实验现象的感知和对实验原理的理解，激发学生的学习兴趣和学习欲望，从而使学生主动参与到学习过程中来，以此产生问题意识，提高思维品质。教材中的实验一般可以直观地反映化学原理，促进学生对理论知识的认知和模型构建，有效提高教学效果，无疑是很好的范例，但有些实验不乏在安全性、绿色化、趣味性上存在进一步优化的空间。现对上海教育出版社出版的九年级《化学（上册）》（2012年审定）教材中探究微粒运动的实验进行改进。

教材方案如图1所示。

[实验1]向烧杯A中加入20mL蒸馏水，滴入2～3滴酚酞溶液，得到溶液甲。向溶液甲中滴入1～2滴浓氨水，观察现象。这一实验现象说明了什么？

[实验2]在烧杯C中重新配制甲溶液。在烧杯B中加入3～5mL浓氨水，用一个大烧杯把两个烧杯罩在一起，观察实验现象。你如何解释产生的现象？

1.1  优点

实验方案成熟，先说明浓氨水可以使酚酞溶液变红这一事实，再通过浓氨水和酚酞溶液不接触也能变红，由此得到微粒不断运动的结论。实验过程中现象明显，可视化程度高，适合演示实验和远距离观察。

1.2  缺点

（1） 浓氨水敞口放置散逸出大量有刺激性的氨气到空气中，氨气有一定毒性不利于师生的健康。尤其是教室前排缺少安全保护措施的学生感觉非常明显，嗅觉刺激很大。

（2） 浓氨水用量较多，根据药品的取用规则，实验后不能放回原试剂瓶，只能稀释丢弃，造成药品的浪费，如果分组实验浪费更多。

（3） 实验中外罩的大烧杯较大，且为玻璃材质，不方便携带和使用。

（4） 实验仅能探究微粒的运动，无法实现微粒运动和影响因素的综合探究。

2  “探究微粒运动的实验”的改进方案

2.1  改进方案1

2.1.1  实验材料

浓氨水、酚酞溶液、棉花团、胶头滴管、普通漏斗

2.1.2  实验装置

实验装置如图2所示。

2.1.3  实验步骤

（1） 取普通漏斗，将少许棉花塞入普通漏斗下端，并滴入少许酚酞试液直至棉花团浸透。

（2） 将漏斗倒扣在浓氨水的试剂瓶口，片刻后观察现象。

（3） 取出棉花团，清洗漏斗和胶头滴管，结束实验。

2.1.4  实验改进的优点

（1） 无需将大量的浓氨水敞口放在空气中，减少有毒气体氨气的释放，实现实验绿色化。

（2） 药品用量少，甚至几乎不需取用浓氨水，实现实验试剂的微量化，非常适合分组实验。

（3） 所需仪器较少，携带方便，不同教室授课时便于移动。

2.2  改进方案2

2.2.1  实验材料

濃氨水、酚酞溶液、棉花团、小烧杯、胶头滴管、玻璃弯管（90°或135°为宜）两个

2.2.2  实验装置

实验装置如图3所示。

2.2.3  实验步骤

（1） 将少许棉花团塞入两个玻璃弯管a端（如图3），并滴入酚酞溶液至浸透。

（2） 用胶头滴管从玻璃弯管b端分别注入等量的水和浓氨水，片刻后观察现象。

（3） 清洗烧杯、胶头滴管和玻璃弯管，结束实验。

2.2.4  实验改进的优点

（1） 同样无需将大量的浓氨水敞口放在空气中，减少有毒气体的排放，实现实验试剂的微量化。

（2） 通过酚酞溶液能否变色的对比，帮助学生在实验事实的基础上形成定性比较的意识。

（3） 实验仪器轻巧，携带方便，分组实验组织简单易行，便于操作。

2.3  改进方案3

2.3.1  实验材料

浓氨水、酚酞溶液、烧杯、棉签若干、矿泉水瓶（瓶口稍大）、空心塑料管（奶茶吸管即可）、10mL注射器（带针头）

2.3.2  实验装置

实验装置如图4所示。

2.3.3  实验步骤

（1） 取5根（或更多）棉签截断，留少许木条交叉插在空心塑料管上，呈麦穗状分布（见图5），用胶头滴管滴加酚酞溶液在棉签上，浸透，并整体插入矿泉水瓶中，盖上瓶盖[2]。

（2） 用注射器从距离矿泉水瓶底2cm左右侧面缓缓注入2mL浓氨水（如果先从瓶口倒入，部分浓氨水可能粘在瓶壁上，影响实验效果），稍等片刻，观察到棉签自下而上逐渐变红。

（3） 另取同样的装置，将矿泉水瓶置于盛有热水的烧杯中，比较棉签上颜色变化的速度（两个实验可以分两组同学同时进行，或者分别用运动秒表计时作比较）。

（4） 实验结束倒入足量的水稀释，然后倒入指定容器中，清洗和整理仪器，结束实验。

2.3.4  实验改进的优点

（1） 实验现象直观明了，在验证微粒不断运动的同时还可以验证温度是影响微粒运动的重要因素。

（2） 实验取材简单易得，成本低，趣味性强，在体现实验教学功效的同时能更好地鼓励学生自己动手去体验、去发现、去改进实验。

2.4  改进方案4

2.4.1  实验材料

浓氨水、浓盐酸、玻璃棒、试管（2支，相同规格）、胶头滴管、橡皮塞、镊子、pH试纸、棉球

2.4.2  实验装置

实验装置如图6所示。

2.4.3  实验步骤

（1） 用玻璃棒分别将2～3cm湿润的pH试纸平铺贴在两支试管底部。

（2） 倒置两个橡皮塞，将棉球放在橡皮塞上，并分别迅速滴加浓盐酸，浓氨水。

（3） 试管倒立插上，塞紧，观察pH试纸颜色变化的速度（两个实验可以分两组同学同时进行，或者分别用运动秒表计时作比较）。

（4） 实验结束，取下试管，用镊子夹持并处理棉球，清洗和整理仪器，结束实验。

2.4.4  实验改进的优点

（1） 实验现象明显，在验证微粒不断运动的同时还可以引导学生探究气体分子运动的速率与相对分子质量的关系。

（2） 实验取材简单，成功率高，污染小。

2.4.5  几点说明

（1） 该实验用到pH试纸，在新授课上关于试纸的使用方法和试纸颜色的变化可不必作拓展;复习课上可以就pH试纸检测酸碱性气体的使用作适当的拓展。

（2） 该实验需选择稍长稍细的试管，否则试纸颜色变化的时差较小，影响实验效果。

（3） 实验操作中，滴加液体之后要迅速塞紧试管，否则会有气体外逸，污染环境。

3  实验改进后的总结和思考

（1） 装置简单，便于开展分组实验。

教材实验需要4个烧杯，尤其是外罩烧杯容积较大，拿持和操作非常不方便，而且外罩烧杯实验室储备量可能不够分组实验使用。改进后的实验大大减少仪器的占用空间，便于分组实验，其中玻璃弯管如果储量不够，教师完全可以自行制备，满足实验需要。使用小的玻璃仪器或者不易碎的塑料材料，巧妙地结合注射器，既安全方便，又便于走动演示或学生分组实验[3]。

（2） 药品用量少，简化了实验流程。

四个改进实验中任何一个实验浓氨水的用量都远少于教材实验，而且现象都非常直观明显，便于推广应用。实验以探究微粒的运动为中心，将药品的取用，残液处理等整合在一套密闭的装置中，简化了实验流程，体现了绿色化学和环保理念[4]。

（3） 实验取材易得，现象明显，可视化程度高。

实验材料简单，加工方便。改进的实验现象明显、有趣，具有视觉冲击力，远非课本常规实验所能比拟，大大激发了学生的实验欲望和兴趣[5]。

（4） 便于控制变量，进一步综合拓展探究影响微粒运动的因素。

改进后的实验除了能探究微粒的运动之外，还可以结合条件的改变或实验现象发生的先后顺序，对比探究影响微粒运动速率大小的各种因素。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准[S]. 北京： 北京師范大学出版社， 2012： 2， 11.

[2]黄春凌. 改进教材实验  提升核心素养[J]. 教育与设备研究， 2018， （9）： 72～75.

[3]吴小辉， 武俊文. 电解氯化铜溶液装置的改进与思考[J]. 化学教学， 2018， （10）： 72～78.

[4]杨绵艳. 硫在空气和氧气中燃烧实验的新探究[J]. 化学教育， 2018， （13）： 59～60.

[5]朱玉忠， 李德前. 探究微粒运动实验的新设计[J]. 化学教学， 2016， （1）： 67～68.