“微粒的性质”一体化创新实验设计

江苏省常熟市常清中学(215500) 周玲玲江苏省常熟市昆承中学(215500) 任艳秋

1 传统实验回顾与分析

教科书上，利用图1、图2所示装置分别演示微粒不断运动和微粒间有空隙等微粒的性质。但是，图1所示装置实验密封性较差，实验过程中会使氨气扩散到空气中，不但污染环境，而且影响师生的身体健康；且实验用时较长，实验装置不易移动。利用图2装置进行演示实验时，教室后排的学生不能明显的观察到实验现象；即使是学生分组实验，若两根玻璃管的尺寸选择不当以及实验误差的影响，也会导致实验现象不明显。两个实验使用的试剂较多，造成试剂浪费，而且不能说明温度对微粒运动速率和微粒间空隙的影响。同时，如果教师担任多个班级的实验教学时，每个班级要重新搭建实验装置，且需要使用新的药品进行实验。不仅造成了药品的浪费，增加了实验成本，还会极大地降低实验效率，也不符合绿色化学理念的要求。

图1 探究微粒运动的实验

图2 水与酒精混合实验

2 改进后的实验

2.1 实验用品

铁架台(带铁夹)、2支相同规格的试管、自制U型管(将2支直角导管用乳胶管相连)、单孔塞2个、玻璃导管、乳胶管、100 mL烧杯(2个)、棉花团、棉线、红墨水、稀氨水(浓度为8%)、60 ℃的温水、酚酞试液、自来水、稀硫酸。

2.2 实验原理

构成稀氨水的微粒与沾有酚酞试液的棉花团在没有接触的条件下，发生化学反应，说明构成稀氨水的微粒很小，用肉眼看不到，且氨分子永不停息的做无规则运动。给右端试管加热，虽然右端试管内棉花团比左端试管内棉花团高，仍然发现右端试管内的棉花团从下到上变红的速度比左端试管内的棉花团快、颜色深，且U型管内红墨水液面左高右低，说明温度越高，微粒运动速度越快，且随着温度的升高，微粒间的空隙变大。

2.3 实验装置

实验装置如图3所示。

图3 实验装置图(该图为主装置图，已将支撑装置及部分辅助装置略去)

2.4 实验操作过程及说明

(1)配制稀氨水，自制U型管，搭建装置。

(2)将棉花团浸泡在酚酞试液中，取出，每3个棉花团用棉线串起来，备用。该过程棉花团不变红，说明空气不能使酚酞试液变红。

(3)在U型管内加入适量的红墨水，调节并固定U型管，使U型管左右液面处于同一水平线上。

(4)在两支试管中分别加入5mL的稀氨水，将浸润酚酞试液的棉花团串放入试管中，右端试管内棉花团串的高度高于左端试管内棉花团串的高度，迅速塞上单孔橡皮塞。观察到左右两支试管中棉花团串自下而上依次变红。该现象说明氨气微粒能够使构成酚酞试液的微粒变红，且构成物质的微粒在不断的运动。肉眼看不到运动的微粒，也说明构成物质的微粒很小。

(5)将右端试管放入盛有60 ℃热水的烧杯中，观察到右端的棉花团最顶端处变红的速度较快、程度比左端深，说明温度越高，微粒的运动速度越快。同时观察到U型管左边液面升高，右边液面降低。

(6)将右端试管底部的热水换成冷水，一段时间后，U型管两边液面差变小。说明微粒间有空隙，温度越高，微粒间的空隙越大，温度越低，微粒间的空隙越小。同时能够从本质上解释热胀冷缩现象。

(7)重复步骤(5)和(6)，让学生多次观察实验现象。

(8)整理装置，待另一个班级上课时更换棉花团串重复使用。

2.5 实验优点

2.5.1 实验装置绿色、环保、移动性强

实验装置简单，操作方便，在封闭体系内氨气不易逸出，实验结束时对稀氨水进行了处理，减少了污染。搭建一次装置，可在多个班级内重复使用。

2.5.2 实验过程节约试剂和时间

与教科书上原有实验设计相比，将浓氨水换成稀氨水，试剂用量减少一半，且试剂可以重复利用，时间较快，效率高。

2.5.3 实验现象可视化及重复性强

利用U型管将微粒的多个性质实验结合起来，实验现象明显。通过简单的操作，可以让学生多次观察实验现象。

2.5.4 实验探究一体化

该装置能够解释微粒“小”“动”“隙”三个性质，同时能够说明温度是如何影响微粒的运动速度和微粒间空隙的。

2.5.5 实验引导过程渗透学习方法

实验过程中多次运用对比的方法，排除了空气对实验过程的影响，同时解释了温度对微粒性质的影响。引导过程使学生认识到对比是化学学习的重要方法，可以将这种方法迁移到其他化学知识的学习过程中。

2.5.6 教学过程有助于培养学生的化学核心素养

自制U型管可以激发学生的创新意识,整个教学过程有助于培养学生“宏观辨识与微观探析”“实验探究与创新意识”“证据推理与模型认知”等化学学科核心素养。