利用数字化实验选择FeOH3胶体渗析实验的半透膜

王学坦 汪丹丹

摘要：利用电导率传感器进行数字化实验，比较鸡蛋壳内膜、滤纸、保鲜膜对Fe（OH）3胶体的渗析功能，实验结果表明：在课堂上使用鸡蛋内膜作为半透膜还是比较合理的。

关键词：数字化实验；胶体渗析；电导率；氢氧化铁胶体；半透膜

文章编号：1008-0546（2016）09-0087-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.09.030

一、 问题的提出

教学中讲到胶体的概念，会设计用丁达尔效应区分胶体和溶液的实验，但对胶体概念的解释仍然缺乏感性材料的支撑，不利于学生对知识的理解和掌握。如果能设计有趣的胶体渗析实验，让学生“看到”离子通过某种半透膜而胶粒却不能，离子与胶体都能透过滤纸，那么学生就能够通过实验掌握相关概念和原理，在做实验中掌握胶体的概念，并掌握离子与胶体的分离可以用半透膜但不能用滤纸。本文根据渗析原理，运用电导率传感器记录胶体渗析实验过程中离子浓度的变化，利用数据说明鸡蛋壳内膜、滤纸，保鲜膜对Fe（OH）3胶体的渗析性能。

化学教育2014年第三期中也刊登过类似的文章，该文章得出结论：保鲜膜为半透膜，最适合做胶体渗析实验[1]。但我们从生活经验中知道保鲜膜是不透水的，所以笔者对该结论持怀疑态度。本研究利用数字化实验的实时性、准确性和直观性来探究不同材料对胶体的渗透作用，寻找适合演示Fe（OH）3胶体渗析实验的半透膜。

二、 实验原理

电导率传感器是测量溶液导电性大小的传感器，在溶液中，因离子的移动而导电，所以在一定的浓度范围内，溶液离子浓度越高，导电能力就越强[2]。

我们制氢氧化铁胶体是往沸水里滴饱和的氯化铁，所以制成的胶体溶液中存在氢离子、氯离子和氢氧化铁胶体粒子。

Fe3++3H2O■Fe（OH）3（胶体）+3H+

可以分别用鸡蛋壳内膜、滤纸、保鲜膜过滤制成的胶体溶液，用电导率传感器测滤液的电导率随时间的变化，一旦溶液中的电导率有变化就说明该材料可以透过离子，相同时间内，电导率增加得越快说明该材料透过离子的效果越好。而氢氧化铁胶体是红褐色的，判断材料是否可以透过胶体，可以根据滤液的颜色来判断。再取少量滤液分别加入AgNO3溶液、KSCN溶液可以进一步确定是否有氯离子和三价铁离子通过。

三、实验过程

1. 实验仪器和药品

实验仪器：铁架台，磁力搅拌器，250mL烧杯4个，25mL量筒两个，电导率传感器。

实验药品：5%KSCN溶液，0.1mol/L AgNO3溶液，饱和的FeCl3溶液。

2. 胶体的制备和鸡蛋壳内膜的制作

（1）胶体的制备：取200mL蒸馏水放入250mL烧杯中，加热煮沸，然后向沸水中滴加240滴饱和的FeCl3溶液[3]，继续煮沸至溶液呈红褐色即停止加热。利用丁达尔效应检验制备出来的Fe（OH）3胶体。

（2）鸡蛋壳内膜的制作：将鸡蛋尖端敲开小孔，倒出蛋清、蛋黄，用蒸馏水清洗。将半个鸡蛋悬挂于2%的盐酸中（见图1）浸泡12h左右，用蒸馏水轻轻冲洗蛋壳，继续浸泡，直到蛋壳完全脱落形成半透膜。

3. 实验装置

4. 实验过程

（1）按照图2连接仪器。

（2）取3个250mL烧杯，向每个烧杯中加入200mL的蒸馏水。

（3）将准备好的滤纸、鸡蛋壳内膜、保鲜膜放入三个烧杯中，打开Logger Pro 数据采集系统，点击开始；然后分别向滤纸、鸡蛋壳内膜、保鲜膜中加入20mL Fe（OH）3胶体；测量每个烧杯中的电导率随时间的变化。

（4）分别从鸡蛋壳内膜、保鲜膜两个烧杯中取出少量液体于试管中（滤纸的烧杯不用取，看颜色即知滤纸既透离子又透胶体），滴加AgNO3溶液，鸡蛋壳内膜的有大量白色沉淀产生，滴加稀硝酸不溶解，说明溶液中含有氯离子，保鲜膜的没有任何现象，说明没有氯离子。另取两支干净试管，分别从鸡蛋壳内膜、保鲜膜两个烧杯中取出少量的液体加入试管中，滴加5%KSCN溶液，鸡蛋壳半透膜的变成血红色，说明溶液中存在三价铁离子，保鲜膜的没有任何现象，说明没有三价铁离子。

四、实验结果

（1）实验数据的记录

（2）实验图像

五、结果分析与思考

（1）鸡蛋壳内膜是合适的胶体渗析实验半透膜。从以上实验可以看到保鲜膜既不能透过胶体也不能透过离子；鸡蛋壳内膜不能透过胶体但能透过离子；滤纸既能透过离子也能过透胶体。保鲜膜不能作为胶体渗析实验的半透膜。

（2）从记录的电导率数据可以看出来，在三组平行实验数据中，第三组的鸡蛋壳内膜在10min时，电导率已经发生变化，而实验一组和二组在10min时，电导率没有任何变化。这是因为实验三组的Fe（OH）3胶体是新制的，而一组和二组的Fe（OH）3胶体制好后放置了6个小时左右，静置会导致Fe（OH）3胶体聚沉，胶体粒子不断长大，胶体溶液中的离子减少，所以渗透速率减慢。而且因为鸡蛋有大小，实验三组的鸡蛋壳半透膜的表面积大于实验一组和二组的鸡蛋壳半透膜的表面积，所以加快了离子的渗透的速率。

鸡蛋对于学生来说是非常熟悉的，几乎每天都会接触到。这个实验不仅仅是观察实验过程中电导率的变化，鸡蛋壳半透膜的制作也是学生非常感兴趣的点，学生在制作过程中会出现各种问题，而如何解决这些问题，找到简单易行的方法让他们在这个过程中不断地思考交流，共同进步。对于数字化实验这种新型实验形式，学生也是非常感兴趣，让学生动手参与到整个实验过程中，不仅培养了他们的实验操作能力，也培养了他们对化学的学习兴趣。

参考文献

[1] 刘晓红，袁文文，邓海威等.利用手持技术选择氢氧化铁胶体渗析实验半透膜[J].化学教育，2014，35（3）：77-79

[2] 傅献彩等.物理化学第二册（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2010：18-19

[3] 江敏.让学生体验与自然的交流——从“胶体”的教学实践谈对学科教学的思考（上）[J].中学化学教学参考，2013，（8）：5-7