“分子间有间隔实验”的分析与探究

河南省南阳市实验中学(473000) 郭 涛

化学研究的最终价值在于运用人教版化学教材9年级上册第3单元课题1“分子和原子”中介绍了分子的基本特征。“分子和原子”是继前面两单元学习之后，从宏观物质世界向微观粒子世界跨进的第一课，正确认识分子的基本特征有利于学生从微观的角度认识物质的性质、变化和分类，也是下一步正确理解化学反应实质的基础。

教材中，对于“分子之间有间隔”这一特征的介绍，只配有简短的文字说明和图片说明，没有配套的实验探究，这不利于学生对知识的合理认识和深刻理解。而9年级学生处于化学学科思想和方法形成的启蒙阶段，他们思维活跃，求知欲强，对探究化学现象本质表现出了强烈的好奇心。如果能设计实验，探究分子之间是否存在间隔，会加深学生对知识的理解，加快知识体系的建构。在完成知识学习的同时，帮助学生从形象思维向抽象思维转变。

鉴于此，教学中有必要补充实验，探究分子之间是否存在间隔。然而，采用不同的实验装置进行探究，实验现象会有明显差异，甚至会影响正确实验结论的形成。对此，笔者进行了实验探究与分析。

1 传统实验回顾

教学实践中，传统的实验设计主要采用两种装置。第一种是量筒。大致有两种做法。

(1)用3个量筒进行实验。用25 mL量筒量取20 mL水，倒入50 mL量筒中。另取1个25 mL量筒，量取20 mL酒精，再倒入上述50 mL量筒中。观察示数。

现象：50 mL量筒中，水的体积示数小于40 mL。

缺点：实验操作过程中，用2个量筒分别量取了20 mL水和20 mL酒精，再倒入50 mL量筒中，存在明显系统误差。无论实验现象如何，均缺乏说服力。

(2)用1个量筒进行实验。用25 mL量筒先量取10 mL水，然后再量取10 mL酒精。观察示数。

实验现象：量筒中，水的体积示数小于20 mL。

缺点：实验中将酒精倒入量筒，量取10 mL酒精的过程中，酒精和水就开始发生了混合，实际量取酒精的体积已经大于10 mL，这导致最终液面下降很不明显，实验说服力不强。

另外，这两种做法均用大量程量筒量取少量液体，违反了量筒选择的一般原则，即选择与要取体积相等或比所取体积大且最接近量程的量筒。这样的实验探究给了学生错误的教学示范，应予禁止。

第二种是长玻璃管。取1根玻璃管(长度30～40 mm为宜，内径5 mm左右)，竖立，用胶帽密封下端管口。用注射器将水由玻璃管上端管口注入，至水的高度约为玻璃管长度一半时，停止加水。再用注射器向玻璃管中注入染色的酒精，待液柱接近玻璃管上端管口时，停止注入酒精，标记液柱的高度为a。用胶帽密封上端玻璃管口。上下颠倒玻璃管数次，竖立玻璃管，标记液柱高度为b。如图1所示，观察液体高度变化。

图1 用长玻璃管实验的操作图

实验现象：液柱明显下降，b的位置明显低于a的位置。

缺点：实验室没有配备合适的长玻璃管。如果玻璃管太长，实验操作不方便；而玻璃管太短，实验现象不明显。玻璃管内径也不能太小，否则酒精和水不易充分混合，实验现象不明显。

2 实验的初步改进

针对以上实验设计的不足，笔者进行了实验改进。将大试管和玻璃管组合进行实验探究。

2.1 实验用品

大试管(32 mm×200 mm)、小烧杯、细玻璃管、橡胶塞、细记号笔、酒精、水、墨水。

2.2 实验装置

实验装置如图2所示。

图2 大试管和玻璃管组合的实验操作图

2.3 实验步骤

(1)取适量酒精置于小烧杯中，滴加几滴墨水，把酒精染色，备用。

(2)竖立大试管。在大试管中加入约半试管体积的水，备用。

(3)再把用墨水染色的酒精加入大试管中，当酒精距离试管口1 mm左右时，停止加入。

(4)用带有细玻璃管的橡胶塞塞紧试管口(此时细玻璃管中出现一段液柱)。用细记号笔标注液柱的位置a。

(5)震荡大试管，待试管内的液体全部被墨水染色后，观察液柱变化。标注液柱的位置b。

(6)对比a点和b点的位置高低，得出实验结论。

(7)实验结束，整理实验用品。

2.4 实验现象

液柱明显下降，b的位置明显低于a的位置。

这个实验操作简单，实验现象比较明显，初步解决了传统实验的不足。但是，实验受到玻璃管的限制，不便进行学生分组实验。另外，如果试管震荡操作不慎，玻璃管易断裂，这是潜在的安全隐患。

3 实验的进一步改进

一次性滴管是塑料材质，整体成型的实验器材。我们采用一次性滴管进行了新的实验尝试，效果显著。实验使用的是3 mL一次性滴管，滴管长度16 cm，滴管体积7.8～8.0 mL。

3.1 实验用品

一次性滴管(带胶帽)、小烧杯、玻璃棒、带针头注射器(10 mL)、酒精(浓度95%)、水、墨水。

3.2 实验装置

实验装置如图3所示。

图3 一次性滴管的实验操作图

3.3 实验步骤

(1)将2只小烧杯分别标上A、B两标签。

(2)在A烧杯内加入10 mL左右的水；在B烧杯中加入10 mL左右的酒精，并滴加适量墨水染色，用玻璃棒搅拌均匀，备用。

(3)取1支一次性滴管，倒置。用注射器从烧杯A中吸取4 mL水，沿滴管口缓慢推入滴管中。

(4)另取1支注射器，从烧杯B中吸取4 mL酒精。沿滴管口缓慢将酒精推入滴管中，至充满滴管为止。盖上胶帽，滴管口朝上，观察现象。液体充满整支滴管，无色的水与染色的酒精出现分层，无色的水在下层，染色的酒精在上层。

(5)上下颠倒滴管一次。滴管口朝上，观察现象。原本分层的两种液体混合，液体全部变红，且液面明显下降约1.5 cm左右。

(6)实验结束，整理实验用品。

3.4 实验优点

(1)采用一次性滴管进行实验，实现了实验装置的微型化。

(2)实验中酒精的用量很少(4 mL)，节约药品。

(3)液柱下降1.5 cm左右，实验现象明显。

(4)节省实验时间，提高了课堂教学效率。

(5)实验标准化操作，成功率100%。

(6)一次性滴管是实验室的常规配置，实验用品易得，安全性有保障，便于学生开展分组实验。