用丁烷加碘改进压缩气体液化实验

单海千

摘 要：本文从浙教版初中《科学》第一册第四章中的“压缩体积使气体液化实验”出发，列举该实验的不足之处，分析实验不理想的原因，提出了实验改进的措施和操作方法，并从个人经验出发提出实验改进与创新的一点心得。

关键词：压缩体积；液化；改进；丁烷；碘

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）5-0061-3

实验教学是物理教学的重要组成部分，教师在课堂上通过生动形象的实验，让学生经历观察物理现象的过程和信息处理的过程，能够培养学生的观察能力、提出问题的能力以及分析概括的能力。一个可见度大、现象清晰的实验不仅能为学生生动地积累感性材料，而且能形象、直观地提示物理概念的本質和物理现象的规律，有效地突破教学难点。而我们使用的教材在实验的设计上可能存在一些不足，会对实验的效果和课堂教学的预期产生一些影响。多年来，笔者在物理教学过程中，通过对一些实验的不断改进、反思和反复实践，有了一些新的做法和深刻体会，也取得了良好的教学效果。现以浙教版初中《科学》第一册第四章中的“压缩体积使气体液化实验”为例谈实验的改进与创新。

1 教材演示实验的缺点

1.1 教材演示实验

浙教版初中《科学》第一册第四章第六节《汽化与液化》，关于在常温下压缩体积可以使气体液化的实验，教材通常采用玻璃注射器和乙醚来完成（如图1所示）。实验步骤如下：

（1）将少量乙醚吸进注射器，取下针头。用橡皮帽把注射器的小孔堵住。

（2）握住注射器的下端，注射器内的乙醚

。

（3）向内推动活塞，注射器内的乙醚气体将

。[1]

1.2 师生对原实验的满意度分析

该实验笔者做过多次，每次的效果都不好。针对原实验，笔者调查了部分同事和学生，结合自己的感受，认为原实验存在以下不足：

（1）教师认为原实验操作不方便，不实用。一些同事反映乙醚是管制药品，我们学校没有配备乙醚，实验没法做。同时，乙醚极易挥发、有刺激性气味、有毒。而在吸取乙醚时容器口是敞开的，加之操作不当等原因会造成部分乙醚泄漏对人体造成不良反应，具有一定的危险性。一些同事反映乙醚为无色透明液体，教师做演示实验，液化、汽化现象不明显，实验的可见性不好，学生不易观察。一些同事认为操作时两手齐用，操作不方便，展示也不方便。还有一些同事反映原实验吸入乙醚的量往往偏多，即使量刚好，乙醚也不易汽化，实验很难成功。

（2） 学生认为原实验太“远”了。一些学生开玩笑地说课堂上最远的距离就是实验明明就在眼前，但我没有看见，连那个乙醚的影子都没有看到，更不要说汽化和液化的过程了（实验的可见性低和可信度不高）。一些学生认为乙醚离我们的生活太远了，我们都不知道乙醚是干什么的（实验材料学生不熟悉，没有贴近生活）。一些学生认为实验都是老师一个人演示的，如果能让我们来操作该有多好（学生的参与度不够）。

1.3 原实验不理想的原因分析

由热学知识可知，装在密闭容器中的液体，随着蒸发的进行，当在相同的时间内由液体中逸出的分子与返回液体的分子数相等时，宏观蒸发过程停止，蒸气达到饱和状态。我们估算一下：一般实验室所用注射器的最大有效容积为100毫升，常温下（20 ℃）乙醚饱和蒸气的密度约为ρ=1.777×10 g·cm-3，则m=ρv=0.18 g。

由于注射器的容积有限，要使乙醚全部液化，最多只能吸入注射器最大容积所对应的乙醚饱和蒸气的质量[2]。再结合液态乙醚的密度（0.713 g·cm-3）估算出吸入针筒的最大液态乙醚体积为0.25毫升左右。教材中只说“吸少量乙醚”，实验者往往难以把握。即使知道所需乙醚的量，这么少的乙醚教师在吸的过程中往往不好控制。

另外，乙醚的沸点为34.6 ℃，在冬天汽化过程比较慢，要使其快速汽化，需要用较大的力拉动活塞，如按图1所示实验，操作极不方便。而教材建议用手握住注射器的下端，让乙醚快速吸热汽化，笔者认为这个操作是不严谨的。

2 实验的改进和优点

2.1 实验装置所需材料及制作方法

装置如图2、3所示。去掉点火器的打火机、剪掉针头的输液管、针筒（教师演示用100毫升、学生活动用10毫升）按图示连接。 为了增加演示实验的可视性可在100毫升的针筒内先放一粒碘，演示装置压活塞时所需的力较大，可配一个硅胶枪。

2.2 操作步骤及现象

（1）松开夹子，打开打火机，向针筒中充丁烷气体，活塞往后退。

（2）待针筒中充满气体时（可延迟5秒，以活塞不蹦出针筒为宜），关闭打火机，用夹子夹住输液管。

（3）把针筒装入硅胶枪内，缓缓推动针筒活塞，注射器内出现液滴，继续向里推进活塞，液体的量逐渐增多，碘溶于丁烷，溶液呈红棕色（如图4所示，可借助实物投影仪将实验过程展示给学生看），松开硅胶枪马上可见液态丁烷汽化，碘析出后分布在针筒内壁。

2.3 改进后的优点

（1）打火机内的丁烷沸点为-0.5 ℃，即使在冬天也易汽化，不需要用很大的力气来拉活塞使其汽化。同时，针筒内先充满气体再液化，不需要考虑过多的液体没有汽化对实验的影响。

（2）打火机贴近学生生活，激发学生兴趣。学生通过实验能理解打火机中的丁烷在常温下是如何液化的。

（3）实验材料常见、组装方便、可单手操作，可在室内巡回演示或用实物投影展示教学效果。丁烷在密闭的系统中运作，不会泄漏，更加安全，可以让学生亲自操作或课后自己组装，强化了学生的亲身体验，进一步提高实验教学的效果。

3 对实验改进的心得

1.做实验、找缺点。教师在处理实验过程中最常用的方法就照着课本、教参做。这在大多数情况下是可行的，因为课本和教参上的实验都是编者经过精心挑选的，有其普遍性和优越性，也就是说它们基本符合学生与老师的要求。我们应多次实验，以寻找实验的最佳效果并最大限度地展示给学生看。但是，一本教参或是课本不可能把问题考虑得面面俱到，总有缺点。我们可以通过做实验和调查来发现原实验的缺点，把原实验的缺点一一列举出来，每发现一个缺点，也就找到了一个创新的课题。

2.搜资料、借方法。当发现原实验的缺点时，我们可以到网上去搜资料、问同事。借同事的、名师的、专家的对某一实验的处理措施，用到自己的实验教学中去。这样的确会使实验教学增色不少，但 “借”到的东西可能也存在一些不足，要想实验更简单、更实用、更有趣，得自己“灵活应变”“自力更生”。

3.整资源，求创新。当教材中的实验和别人的方法还是不能让自己和学生满意的时候，我们就要整合各种资源，自己创新。笔者在本实验的创新过程中整合了多种资源。例如，有些教师在原实验的基础上用碘来染色，增加实验的可视性，但操作还是不方便。有些教师用打火机中的丁烷做实验，但气体不易收集且有泄漏。笔者在他们的基础上通过整合，对原实验进行改进，取得了较好的效果。

4.要细心，重安全。由于丁烷在常温和常压时是易燃气体，教师在准备、进行实验时要细心作业，注意安全。在指导学生实验和学生课外作实验时，更要充分强调这一点。千万不可大意。

总之，我们在平时的教学中要善于发现问题，解决问题，要善于利用身边的器材做实验。这样既可以拉近物理学与生活的距离，让学生深切地感受到科学的亲切感、真实性，又能补充实验课程资源，有利于增强学生的创新意识。

参考文献：

[1]朱清时.科学（七年级上册）[M].杭州：浙江教育出版社，2012：153.

[2]曹卫军.压缩气体液化实验的改进[J].教学仪器与实验，2007（2）：38.