证明分子做无规则运动的创新性实验

◎重庆市育才中学校初2022级（4）班 王艺筱

本期点评专家

朱朝义中学正高级教师, 中国发明协会中小学创造教育分会常务理事, 湖南省优秀科技工作者, 《发明与创新》专家团专家。

一、问题的提出

在老师上完内能的相关知识后, 我对分子的扩散现象产生了浓厚的兴趣。

教材中的扩散现象是将无色的空气和红棕色的二氧化氮用隔板隔开, 当抽开隔板后, 能看到二者互相混合, 颜色都变成浅红棕色, 由此说明空气和二氧化氮气体间发生了扩散现象。而老师也讲到, 扩散现象不仅存在于同种物态之间, 也存在于气体和液体、气体和固体等不同物态之间。

因此, 我想通过实验验证分子热运动。

二、准备器材, 制订计划

我准备了足量的氨水、酚酞溶液、酒精, 一个大烧杯, 两个小烧杯, 三支塑料滴管, 一个口罩, 如图1所示。

图1 实验器材

我的实验计划是：在两个小烧杯中分别滴入氨水和酚酞溶液, 再用大烧杯盖住两个小烧杯, 起到一定的密封效果, 且保证两个烧杯间没有接触, 观察实验现象。同时注意, 氨水易挥发出氨气, 氨气属于刺激性气体, 故实验时我佩戴了口罩, 并打开窗户通风。

三、进行实验, 观察现象

（一）如图2, 往一个小烧杯里滴入氨水, 氨水无明显变化, 生成了有刺激性气味的气体。

图2 滴入氨水

（二）将氨水用大烧杯盖住, 减少氨水挥发出的气体对大烧杯外酚酞溶液的影响, 如图3。

图3 隔离装氨水的小烧杯

（三）如图4, 向另一个烧杯中滴入无色酚酞溶液。

图4 滴入酚酞溶液

（四）如图5, 将装有无色酚酞溶液的小烧杯与装有氨水的小烧杯同时用大烧杯罩住, 使大烧杯内的空间形成密闭环境。

图5 形成密闭环境

（五）2分钟后, 可观察到酚酞溶液有些变红。继续等待, 2个小时后可观察到酚酞溶液完全变红, 如图6所示。

图6 2小时后的实验现象

四、分析与论证

酚酞是一种有机化合物, 分子式为C20H14O4, 其溶液特性是在酸性和中性溶液中为无色, 在碱性溶液中为紫红色。氨水中存在化学平衡, 一部分以氨分子的形式存在, 另一部分氨分子与水反应生成铵离子和氢氧根离子, 故呈弱碱性。

氨水易挥发出氨气。在实验中, 氨水与酚酞溶液两种液体并无接触, 但氨分子从氨水中挥发出来后, 溶于酚酞溶液中, 与水反应生成铵离子和氢氧根离子, 整个溶液呈弱碱性, 故无色的酚酞溶液变红。

结论：该实验中虽然两种液体被隔离, 但依旧出现了扩散现象, 说明它们之间经历了从液体到气体的物态变化过程。通过观察和分析得知, 扩散现象可以发生在液体和气体两种物态之间。该实验能再次补充说明一切物质的分子都在不停地做无规律的运动。

五、实验评估

（一）在第一次实验中, 将无色酚酞溶液滴入大烧杯时并没有出现明显变红的现象, 只在杯壁上出现了一点变色现象, 如图7。经过分析, 我认为是氨水的量不够多, 于是重新添加了氨水, 再次放入后就有了明显的变化, 如图8。

图8 改进后的实验现象明显

（二）氨水容易挥发, 在第一次实验中, 我先倒氨水, 这可能是实验现象不够明显的原因。

（三）通过查阅资料得知, 能使酚酞变红的溶液的pH值范围为8.2～10.0, 而碱性溶液的pH值大于7, 因此在重复该实验时, 若溶液的pH值不在8.2～10.0范围内便不能使酚酞变红, 实验中氨水的pH值应经过检测后再使用。

（指导老师：杨莉 李鸿）

[本文为重庆市教育学会第十届（2021—2023年）基础教育科研立项重点课题“基于STEAM理念的科创社团开发和实践研究”（XH2021A206）阶段性研究成果。]

专家点评

作者学习了气体扩散现象后, 对相关知识产生了浓厚的兴趣。更难能可贵的是, 在学习了“扩散现象不仅存在于气体和气体之间, 也存在于气体和液体、气体和固体等不同物态之间”这一科学知识后, 作者自主设计实验方案并进行实验验证, 体现了较好的科学素养。

建议：文章中的一些表述应更严谨, “实验中氨水的pH值应经过检测后再使用”等结论可进一步设计拓展实验来验证。此外, 因氨气属于刺激性有毒气体, 建议将实验过程设计得更安全些。