探究微粒运动实验的新设计

朱玉忠　李德前

摘要：利用废旧的日光灯玻璃管，设计了“高锰酸钾在水中的扩散”、“分子运动现象”和“空管生烟”三个探究微粒运动的实验。新设计的实验，现象明显、刺激有趣、绿色节俭，充分说明微粒总是在不断运动、温度升高微粒运动速率加快、氨分子运动速率大于氯化氢分子运动速率。改进后的实验装置具有很强的实用性和推广性，既可以作为教师的演示实验，又能满足学生的探究实验需求。

关键词：实验改进；探究微粒运动；日光灯玻璃管；实验设计

文章编号：1005-6629（2016）1-0067-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

为了说明微粒的运动性，现行各种版本的义务教育课程标准实验教科书-化学（九年级上册）均安排了“品红或高锰酸钾在水中扩散”、“氨分子扩散”等实验。这些实验操作简单、现象明显，但是缺少趣味性，甚至还会污染环境。在有关微粒运动的实验教学中，大多数化学教育工作者从“微型化”、“绿色化”的视角，对课本实验进行了改进和创新。笔者对“微型化”设计进行反向思考，利用日光灯玻璃管设计出三个探究微粒运动的实验：高锰酸钾在水中的扩散、分子运动现象和空管生烟。新设计的实验，现象异常明显，而且刺激有趣，充分说明微粒总是在不断运动、温度升高微粒运动速率加快、氨分子运动速率大于氯化氢分子运动速率，因此提高了实验教学的有效性。下面详细介绍，以供参考。

1.实验用品

实验用品主要有：日光灯玻璃管（如16W、T8日光灯管长1.2m，直径约2.5cm）、日光灯罩、药匙、烧杯、胶头滴管、酒精灯的塑料灯帽、白色打印纸；高锰酸钾颗粒、自来水、浓氨水、浓盐酸、酚酞试液、石蕊试液等。

日光灯玻璃管的处理方法：取废旧的日光灯管，先轻轻拧下两端的金属帽，再用前段裹有棉花的铁丝在日光灯管里来回推拉几次，以除去内部的荧光粉（注意戴上口罩，以防荧光粉进入呼吸道），然后用水将日光灯管冲洗干净，晾干后备用。2实验设计

2.1“高锰酸钾在水中扩散”实验实验装置见图1。

（1）在日光灯玻璃管的一端旋套上酒精灯的塑料灯帽（与T8日光灯管大小合适，正好可以旋紧），然后将日光灯玻璃管用双面胶固定在白色的日光灯罩上，再向直立的日光灯玻璃管里注满自来水（以不溢出为宜）。

（2）用药匙的小端，取几粒高锰酸钾颗粒，从日光灯玻璃管的上端口分次加入自来水中（注意保持日光灯玻璃管不动）。

（3）立刻可以看到，高锰酸钾颗粒在水中四处扩散，并逐渐向下运动，形成多道紫红色的无规则曲线，飘飘荡荡、摇摆不定、你追我赶，且持续时间很长，实验现象美不胜收。

（4）由于日光灯玻璃管外形偏大（直径约2.5cm、长约120 cm），且日光灯罩的白屏具有衬托作用，因此实验现象毫无干扰、更加清晰，教室后排的学生也能看得清清楚楚。

（5）上述实验现象说明，高锰酸钾是由肉眼看不见的微小粒子构成的，而微粒又是在不断运动的。

2.2“分子运动现象”的实验

实验装置见图2。

（1）从白色打印纸上剪取一张115 cm×3.5 cm的白纸条，在白纸条的一侧均匀地标上1、2、3、4、5、6、7、8等数字；再将白纸条纵向折叠一下（使其中间略有凹槽），然后将此白纸条放入水平的日光灯玻璃管内。

（2）用胶头滴管向白纸条左端（数字小的一端）凹槽里滴入约2 mL酚酞试液，稍微抬起日光灯玻璃管的左端，使酚酞试液顺着纸槽流向右端（要确保酚酞试液能流到白纸条的最右端）。

（3）在酒精灯的塑料灯帽里，注入约3 mL的浓氨水；再将日光灯玻璃管直立起来（数字小的一端在下），迅速将酒精灯帽旋套在玻璃管的下端（见图2）。

（4）很快可以看到，白纸条从下往上逐渐呈现红色（到达数字4的位置约需2 min）。再将酒精灯帽浸入热水中，这时白纸条会快速向上变红（从数字4到达数字8的位置不到1 min），在变色到数字8的位置时停止水浴加热。

（5）日光灯玻璃管最上端（数字8以上的位置）的白纸条没有变红，说明氨气基本上没有逸出玻璃管。

（6）上述实验现象充分说明，氨分子在不断运动，而且温度越高微粒运动的速率越快。

2.3“空管生烟”实验

实验装置见图3。

（1）从白色打印纸上剪取一张115 cm×3.5 cm的白纸条，在白纸条上均匀的标上1、2、3、4、5、6、7、8、9、10等数字；然后将其纵向折叠一下（使其中间略有凹槽），再将白纸条放入水平放置的日光灯玻璃管内。

（2）用胶头滴管向白纸条一端的凹槽里滴人大约2 mL的紫色石蕊试液，再稍微抬起玻璃管的这一端，使石蕊试液沿着白纸槽流向另一端，并使整个白纸条上都浸有石蕊试液。

（3）用胶头滴管向日光灯玻璃管的左端（靠近管口处）滴人3 mL的浓氨水，向右端（靠近管口处）滴入3 mL的浓盐酸，再将两个酒精灯帽迅速旋套在玻璃管的两端，形成封闭体系。

（4）稍后，白纸条由数字1的位置开始向右较快地变成红色、由数字10的位置开始向左较慢地变成蓝色。接着，在白纸条数字7的位置产生白烟，并且白烟越来越多。再竖起日光灯玻璃管，上下颠倒两次，浓烟瞬间充满玻璃管，这让学生晾叹不已。

（5）上述实验现象充分说明，氨分子、氯化氢分子都在不断地运动，并且氨分子运动的速率明显大于氯化氢分子的运动速率。

3.实验优点

（1）本实验的主要仪器是学校废弃的日光灯管，材料易得，加工方便，体现了“坛坛罐罐做实验”的节俭意识。

（2）利用日光灯玻璃管设计实验，现象非常明显，突破了“微型实验太迷你、瞪大眼睛看不见你”的缺陷，而且实验现象刺激有趣、具有视觉冲击力，远非课本常规实验所能比拟，因此能激发学生学习化学的兴趣。

（3）虽然实验装置“巨无霸”，但有关药品的价格低、用量少，实验体系密闭（或半开放），符合绿色化学的理念。

（4）实验设计渗透了量化意识，使得实验现象更加直观、实验结果更有说服力。

（5）本实验设计既可以作为演示实验，也能当作学生分组实验，能很好地培养学生的操作技能和探究意识，因此具有很强的实用性和推广性。