朱建華

日常生活中的許多現(xiàn)象都可以說明微粒在不停地運(yùn)動(dòng)，例如人教版《九年級(jí)化學(xué)》教材中，有探究微粒運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)[1]，該實(shí)驗(yàn)生動(dòng)有趣、具有一定的可行性，但該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案也有一些缺陷(所需試劑量大、污染嚴(yán)重等)，針對(duì)上述缺點(diǎn)，筆者利用替換試劑法和改進(jìn)儀器的方法，根據(jù)液體的揮發(fā)性和氣體的擴(kuò)散性等，巧妙選用濃鹽酸和濃氨水、自制的酒精測(cè)試紙(或警用唾液酒精檢測(cè)條)、自制玻璃管、量筒、二氧化碳和澄清石灰水5種實(shí)驗(yàn)方案探究微粒運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，旨在加強(qiáng)九年級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)[2]。新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)點(diǎn)明顯，能為初中化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)提供良好的范例。

一、選用濃鹽酸和濃氨水探究微粒的運(yùn)動(dòng)性

1.實(shí)驗(yàn)原理

濃氨水易揮發(fā)，揮發(fā)出來的氨分子能使酚酞試液變紅；濃鹽酸也具有揮發(fā)性，揮發(fā)出來的氯化氫分子與氨分子反應(yīng)產(chǎn)生大量的白煙，該反應(yīng)可用于消除污染。

2.實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 選用濃鹽酸和濃氨水探究微粒的運(yùn)動(dòng)性實(shí)驗(yàn)

主要實(shí)驗(yàn)材料：1只250 mL的集氣瓶、雙孔橡皮塞、2根玻璃導(dǎo)管(4 cm×15 cm)，1根長(zhǎng)為10 cm的乳膠管、注射器、2根纏繞在玻璃導(dǎo)管上的紗布條(浸有酚酞試液，并用細(xì)線固定在玻璃導(dǎo)管上)、滴管、濃氨水、濃鹽酸、酚酞試液。

3.實(shí)驗(yàn)過程

(1)檢查裝置的氣密性：按圖1裝置連接儀器(先不放藥品)，用打孔器鉆出的橡皮塞柱封住導(dǎo)管a處，連接乳膠管的一端與b處，乳膠管的另一端與注射器口連接，緩緩拉注射器，若乳膠管變癟，則裝置氣密性良好。

(2)將a處的橡皮塞柱和b處的乳膠管拔出，用膠頭滴管向a 處滴幾滴濃氨水，a導(dǎo)管上纏繞的紗布條由下往上逐漸變紅，緊接著b處導(dǎo)管上的紗布條也由下往上逐漸變紅，由此說明氨分子在不斷的運(yùn)動(dòng)。

(3)待兩根紗布條完全變紅后，再從b導(dǎo)管口處滴幾滴濃鹽酸，發(fā)現(xiàn)集氣瓶中從下往上出現(xiàn)濃白煙，同時(shí)兩根變紅的紗布條自下而上逐漸褪色，由此說明氯化氫分子在不斷地運(yùn)動(dòng)，氯化氫與氨氣反應(yīng)生成了氯化銨。

(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，裝置無須清洗，只需要把瓶中殘余液體倒出即可(既讓儀器保持清潔，又不影響下一組實(shí)驗(yàn))。

4.實(shí)驗(yàn)說明

(1)整個(gè)實(shí)驗(yàn)綠色環(huán)保，操作簡(jiǎn)便，可以重復(fù)使用，大大提高了實(shí)驗(yàn)的效率。

(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象十分明顯，生動(dòng)有趣，大大激發(fā)了學(xué)生的求知欲。

二、選用自制的酒精測(cè)試紙(或警用唾液酒精檢測(cè)條)探究微粒的運(yùn)動(dòng)性

1.實(shí)驗(yàn)原理

酒精容易揮發(fā)，揮發(fā)出來的酒精蒸汽遇到自制酒精測(cè)試紙(或警用唾液酒精檢測(cè)條)就會(huì)由黃色逐漸變成淺綠色(或橙色變?yōu)榫G色，且酒精蒸氣越多，變色越深)，有關(guān)的化學(xué)方程式為：

3C2H5OH+2CrO3+3H2SO4=3CH3CHO+Cr2(SO4)3+6H2O

3C2H5OH+8H2SO4+2K2Cr2O7=3CH3COOH+2K2SO4+2Cr2(SO4)3+11H2O

2.實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

圖2 選用酒精測(cè)試紙(或警用唾液酒精檢測(cè)條)探究微粒的運(yùn)動(dòng)性實(shí)驗(yàn)

主要實(shí)驗(yàn)材料：大試管(20 mm×200 mm)、單孔橡皮塞、玻璃管、自制酒精測(cè)試紙(或直接從網(wǎng)上購買警用唾液酒精檢測(cè)條)、量筒、玻璃棒；無水酒精、三氧化鉻、稀硫酸。

3.實(shí)驗(yàn)過程

(1)用量筒量取5 mL 1:5的稀硫酸，向其中加入約2 g三氧化鉻，用玻璃棒攪拌均勻，把濾紙浸入其中，取出濾紙并晾干后即得黃色的自制酒精試紙(警用唾液酒精檢測(cè)條可以直接從網(wǎng)上購買)。

(2)取1支20 mm×200 mm的大試管，向其中倒入約半試管的無水酒精，另取1只單孔橡皮塞，將1根短玻璃管插入橡皮塞中，用細(xì)線將一張濕潤(rùn)的自制酒精測(cè)試紙(或警用唾液酒精檢測(cè)條)固定在橡皮塞上。

(3)把橡皮塞塞在試管口，稍等片刻，自制酒精測(cè)試紙由黃色逐漸變?yōu)闇\綠色，如果選用警用唾液酒精檢測(cè)條，檢測(cè)條由橙色逐漸變?yōu)榫G色。

(4)如果對(duì)試管稍稍加熱，試紙變色更快，則說明溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)速率越快。

4.實(shí)驗(yàn)說明

(1)該實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f明微粒的運(yùn)動(dòng)性。

(2)本實(shí)驗(yàn)藥品使用量很少，操作簡(jiǎn)便，綠色環(huán)保，實(shí)驗(yàn)原理更有利于學(xué)生了解化學(xué)知識(shí)在執(zhí)法領(lǐng)域的運(yùn)用。

三、借助自制玻璃管(兩端開口)探究微粒的運(yùn)動(dòng)性

1.實(shí)驗(yàn)原理

濃氨水極易揮發(fā)，揮發(fā)出來的氨分子在自制玻璃管中遇到浸有酚酞試液的白紙條，白紙條從下往上逐漸變紅。

2.實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。

圖3 借助自制玻璃管探究微粒的運(yùn)動(dòng)性實(shí)驗(yàn)

主要實(shí)驗(yàn)材料：自制玻璃管(長(zhǎng)1.2 m、直徑2.5 cm)、酒精燈帽、白紙條、刻度尺、滴管、棉花、粗鐵絲、濃氨水、酚酞試液。

3.實(shí)驗(yàn)操作

(1)取1張115 cm×3.5 cm的白紙條，在白紙條的一側(cè)用刻度尺均勻標(biāo)下1～8的數(shù)字，再將白紙條縱向?qū)φ?使中間形成凹陷)，將白紙條水平放入玻璃管中。

(2)用滴管在白紙條左側(cè)(數(shù)字小的一處)凹槽中滴5滴酚酞試液，將玻璃管左側(cè)稍稍抬起，讓酚酞試液沿著紙槽流至玻璃管最右端。

主成分分析后得到的綜合指標(biāo)相比于原始指標(biāo)來說，解釋意義相對(duì)模糊。為了更好的利用綜合指標(biāo)進(jìn)行功能區(qū)識(shí)別，可以基于綜合指標(biāo)對(duì)原始指標(biāo)的載荷情況賦予其相應(yīng)的意義，以寧波市主城區(qū)為例，第一主成分對(duì)商業(yè)信息、生活服務(wù)信息的載荷量較高，第二主成分對(duì)科教信息載荷量較高，第五主成分對(duì)工業(yè)信息載荷較高，因此分別將這些主成分作為識(shí)別商業(yè)區(qū)、文教區(qū)、工業(yè)區(qū)的綜合指標(biāo)。將綜合指標(biāo)通過可視化處理進(jìn)行表達(dá)，街區(qū)顏色越深代表街區(qū)內(nèi)該綜合指標(biāo)的值越高，該綜合指標(biāo)載荷的相應(yīng)POI點(diǎn)的數(shù)量越高，越能反應(yīng)相應(yīng)功能區(qū)的特性，然后通過各個(gè)指標(biāo)值的空間分布特征分析不同典型功能區(qū)的空間布局（表 2）。

(3)取1個(gè)酒精燈帽，向燈帽中注入約3 mL濃氨水，把玻璃管直立起來(數(shù)字小的一端在下方)，立即用酒精燈帽套在玻璃管的下端。

(4)稍等片刻，白紙條從下往上逐漸變紅(到達(dá)數(shù)字“4”處需要2 min)，再把燈帽浸入熱水中，白紙條迅速向上變紅(數(shù)字從“4”到“8”需要50 s)，在變色到數(shù)字“8”時(shí)，移走熱水。

(5)玻璃管最上方(數(shù)字“8”以上的位置)的白紙條仍然呈白色，說明氨氣沒有逸出管外。

(6)上述實(shí)驗(yàn)說明氨分子不停地運(yùn)動(dòng)，且溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)速率越快。

4.實(shí)驗(yàn)說明

(1)實(shí)驗(yàn)滲透了量化意識(shí)，使得實(shí)驗(yàn)更加直觀、生動(dòng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具說服力。

(2)本實(shí)驗(yàn)既可作教師演示實(shí)驗(yàn)，又可做學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，能很好地培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，值得推廣。

四、借助量筒探究微粒的運(yùn)動(dòng)性

1.實(shí)驗(yàn)原理

氨分子分別使得浸有酚酞試液的濾紙從下向上和從上向下逐漸變紅。

2.實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖4、圖5所示。

圖4 濾紙從下向上逐漸變紅

圖5 濾紙從上向下逐漸變紅

主要實(shí)驗(yàn)材料：25 mL的量筒、膠頭滴管、棉花團(tuán)、橡皮塞、濾紙、膠水、玻璃導(dǎo)管、濃氨水、無色酚酞試液。

3.實(shí)驗(yàn)過程

(1)取2個(gè)相同規(guī)格(大小與量筒口徑相配)的橡皮塞，在一個(gè)橡皮塞中間打孔，并插入玻璃導(dǎo)管，在另一橡皮塞小的一端打一個(gè)深為0.5 cm的小孔，并塞入一個(gè)小棉花團(tuán)。

(2)取2張大小一樣的濾紙條，用膠水固定濾紙的一端，確保濾紙條放進(jìn)量筒后能貼在量筒的內(nèi)壁，濾紙長(zhǎng)度為距離橡皮塞和量筒底部約1 cm(如圖4、圖5所示)。

(3)取出2根濾紙條，用酚酞試液(量不需多，確保酚酞試液不會(huì)滴落)潤(rùn)濕，分別把濾紙條放進(jìn)量筒內(nèi)并貼在量筒的內(nèi)壁上，同時(shí)向玻璃管口和棉花團(tuán)上滴加3滴濃氨水，并立即塞緊帶玻璃管和帶棉花團(tuán)的橡皮塞。

(4)圖4和圖5中的濾紙條幾乎同時(shí)從下往上和從上往下逐漸變紅，且圖4中濾紙變紅的速度更快(氨氣密度比空氣小)。

4.實(shí)驗(yàn)說明

(1)量筒可以自立，便于學(xué)生觀察。

(2)實(shí)驗(yàn)所需試劑很少，裝置處于密閉環(huán)境中，無污染，體現(xiàn)了綠色環(huán)保理念。

(3)裝置空間小，耗時(shí)短，現(xiàn)象十分明顯，兩只量筒同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，便于進(jìn)行對(duì)比。

(4)圖4可以通過從玻璃導(dǎo)管中滴加稀硫酸來消除氨味，圖5可以直接對(duì)棉花團(tuán)滴加稀硫酸來消除氨味，確保氨氣沒有逸出。

五、選用二氧化碳和澄清石灰水來探究微粒的運(yùn)動(dòng)性

1.實(shí)驗(yàn)原理

若空氣中二氧化碳的濃度達(dá)到1%，就能使澄清石灰水變渾濁[3]，有關(guān)化學(xué)方程式為：

Ca(OH)2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O。

2.實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖6、圖7所示。

圖6 用澄清石灰水和二氧化碳?xì)怏w探究微粒的運(yùn)動(dòng)性實(shí)驗(yàn)

圖7 用澄清石灰水和CO2氣體探究微粒的運(yùn)動(dòng)性實(shí)驗(yàn)

主要實(shí)驗(yàn)材料：大燒杯(500 mL)、集氣瓶(250 mL)、注射器、二氧化碳、澄清石灰水。

3.實(shí)驗(yàn)操作

(1)取一個(gè)250 mL的集氣瓶，用向上排空氣法收集滿一瓶二氧化碳?xì)怏w，并蓋好毛玻璃片。

(2)把集氣瓶放入一個(gè)500 mL的大燒杯中，取下毛玻璃片，2 min后，再取出燒杯中的集氣瓶。

(3)向大燒杯中倒入一些澄清石灰水，微微振蕩燒杯，澄清石灰水很快就變渾濁，說明二氧化碳?xì)怏w已經(jīng)從瓶中逸出，說明二氧化碳分子在不斷運(yùn)動(dòng)。

(4)或者根據(jù)圖7裝置，用注射器抽取約5 mL的澄清石灰水，并抽取集氣瓶口外稍下方的空氣10 mL，振蕩注射器，注射器中石灰水立即變渾濁，說明二氧化碳分子已經(jīng)運(yùn)動(dòng)到瓶外。

(5)清理實(shí)驗(yàn)用品。

4.實(shí)驗(yàn)說明

(1)該實(shí)驗(yàn)選易制的二氧化碳進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(2)能促進(jìn)學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固有關(guān)二氧化碳的知識(shí)。

六、結(jié)語

僅此實(shí)驗(yàn)，筆者就設(shè)計(jì)出多種新的實(shí)驗(yàn)方案，新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案不但方法新穎，而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也更加明顯，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，由此可見，中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的空間很廣闊，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新沒有最好、只有更好。只要博采眾長(zhǎng)，并學(xué)以致用，那么，中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的前景定會(huì)更加美好。