对微型化分子间隔实验的再研究

赵传双 韩宝柱

摘要：作者由实验室中的滴管，到日常生活中的注射器、输液器、小药瓶、墨囊、眼药水瓶，不断尝试，不断对比，力求使读者可以更方便、准确的选出合适的实验装置来满足不同的实验要求（演示、分组、家庭实验），从而使学生能切身感受到科学探究之美。

关键词：分子间隔;微型化;再研究;科学探究之美

文章编号：1008-0546（ 2021）01-0094-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.027

“对分子基本性质的认识和掌握”是学生由宏观世界步入微观世界的必经之路，而且是第一道关卡。其中对“分子间隔实验”的“切身感受”又是行进道路上的一张最重要的通行证。因为内容抽象，所以实验便是“加深理解、提升兴趣”的一剂良药。不过从实际教学效果来看，仍有不少学生谈虎变色。究其原因，一方面鲁教2012版教材上的实验设计酒精用量仍较多，学校开设分组实验有困难，因此不能充分满足孩子们的好奇心和求知欲[1]。另一方面教材上的实验设计不够严谨，缺乏說服力，不利于培养学生的科学思维能力。当看到《化学教与学》2014年第10期刊发的佘向阳、王胤琪[2]写的：“微型化分子间隔演示实验的改进”一文时，感觉受益匪浅，便去尝试，对实验又稍作改进，成文后发表于《化学教与学》2017年第7期，题为：对“微型化分子间隔演示实验的改进”的借鉴和思考。之后又断断续续做了些研究，现将有关收获阐述如下：

一、鲁教2012版教材实验设计的缺点

1.现象不够明显

如图1所示，10mL酒精倒人10mL水里，液面下降不明显，反之液面下降稍多，但仍不够明显。

2.未排除可能的影响因素

如图2所示，液面下降，是否是酒精和水发生“化学反应”产生了气体，气体逸出所致;是否是酒精挥发所致;是否是酒精促使溶解在水中的气体逸出所致;是否是液体沾到量筒壁上所致，或是液体沾到了手上或橡皮塞上（有的教师在玻璃管中做此实验，玻璃管需要用橡皮塞或是用手堵着）所致。

3.药品的用量较多

若依据教材实验做分组，按2019年全国1 031万高考生算，若1L酒精9元钱，两人一组，一组做一遍，平均每人用5mL酒精，则共用5 155万mL酒精（51550L），花费463 950元，若是依据改进后的实验做分组，每人只消耗0.8mL酒精，则花费：74 232兀，一年可节省389 718元，两年、三年……节省的资金会越来越多。

二、改进后的实验

1.水和酒精混合

（1）在胶头滴管内混合并设计对照实验

实验步骤：

第一步：将3mL水（染色）分别注入图3中左侧两只滴管中，右侧滴管中注入相同体积的酒精（染色），然后挤压胶头（或轻弹管壁），赶尽其中可能存在的气泡。注意：注入液体时不要太快，避免产生气泡。

第二步：将右边两只滴管中分别注满染色后的水和酒精（右侧酒精染色较浅，便于回收利用）。然后向左侧滴管内缓缓注入酒精，直到注满。

第三步：用手指堵住管口，将装置上下颠倒2-3次，然后轻轻振荡几下，松开手指，观察现象。

注意：学生做分组实验时不需要染色就可以观察得很清楚而且更加真实。这样，右侧用来做对照的酒精直接回收利用就可以了。

在这个实验中，有两个很神秘的现象：

神秘现象一：神秘的吸力——来去匆匆。颠倒装置，酒精和水大量混合时，堵管口的手指可感受到瞬间产生的吸力（将15mmx150mm的试管截取2/3……-塞上带导管的橡皮塞……堵住导管口，上下颠倒一次，“被吸”的感觉就很明显，外界温度最好低于15摄氏度）。这一现象直观地说明了装置中的气压瞬间降低了。但很快这种被吸引的感觉就消失了，应该是气压降低加速了酒精的挥发和水的蒸发的缘故，所以我们看到了一个个小“气泡”……外界温度较高时，酒精挥发的快，水蒸发的也快，导致装置中气压减小的现象不明显。

神秘现象二：液面降的太“突然”。酒精溶液（ 95%）和水混合的一侧，在上下颠倒2-3次后，松开手指前，液面没有明显的下降，但松开手指后，液面却突然下降，这是装置内气压减小的一个有力证据。酒精和水混合后，装置内气压减小，导致橡胶乳头体积略微减小，所以液面未见有明显下降。松开手指，装置内外气压相同，橡胶乳头恢复原状，液面方才快速下落。酒精和水混合时，装置内气压减小就是两种分子彼此填充了对方分子之间的空隙所致。

以上现象说明，酒精和水混合后，气压降低才是两种分子相互填充彼此分子间空隙的最有力证据，而混合后液面下降的原因除此之外，还有多种，其中最重要的便是：酒精的挥发（包括液体表面的和液体内部的）。所以必须创造条件（做分组实验和家庭小实验）通过设计对照实验引导学生亲身感受这种现象，他们才可以体会到大自然的奇妙，才会被这种“奇妙”深深地吸引。

改进后的实验所用药品还不到课本实验的1/6，现象却十分明显，值得推广！

（2）在其他容器内混合并设计对照实验（见图4）

2.水和其他物质混合（见图5）

3.意外收获（见图6）

意外发现一：用乙醇含量为90%+5%的医用消毒液和水混合时出现浑浊，

意外发现二：上述混合液丁达尔效应明显。

据以上现象可知，该医用消毒液中有的杂质在水中的溶解度较小，加入水后形成了胶体。

三、反思与评价

初中的很多实验，貌似简单，却很抽象。越是经典，越是需要不断优化创新，唯有如此，方能带领孩子们走进科学。

1.改进后装置的优点

（1）增强了实验结论的客观性。

该装置增加了对照实验，排除了诸多因素的影响（如液体沾到手上、酒精或水的挥发、混合体积减小仅是因为受重力影响等），从而增强了实验的说服力，培养了学生严谨的治学态度。

（2）经济环保。

本实验装置廉价，在节约药品的同时，现象更加明显，并且从源头上减少了危险废物的产生，因此也节省了危废处置的费用。以前因为酒精用量太多而难以开设分组，现在我校争取尽早率先把分组实验开起来。让孩子们有更多机会去体验实验探究的乐趣。

（3）多数实验用品都比较常见，在家就能完成。

这便最大限度的满足了学生探索自然的欲望，进一步培养了孩子们的学习兴趣。

2.改进后装置的缺点

若用到注射器（带针头），有一定的危险性，需提醒学生注意安全1

3.操作时的注意事项

因改进后的装置用的药品较少，即使少量气泡也可能对实验结果产生较大影响，所以要将药品沿器壁缓慢注入，以防产生气泡。

参考文献

[1]毕华林，卢巍.义务教育教科书.化学（八年级上册）[M].济南：山东教育出版社，2012：28

[2] 佘向阳，王胤琪.微型化分子间隔演示实验的改进[J].化学教与学，2014，（10）：87