“铁树开花”分子运动实验的再改进

摘要

人教版教材中分子运动实验的药品用量较大，氨气会逸散，实验时间长，效果不明显，不便于学生观察。为此，进行以下改进：选择塑料花枝叶作为实验素材，防止腐蚀；在塑料瓶中进行实验，防止污染；用注射器添加药品，可减少用量；借助生石灰与水反应，升高温度；用盐酸中和浓氨水进行尾气处理。改进后的实验操作简单、现象明显，易于推广。

Graphical abstract

关键词

分子运动 / 浓氨水 / 酚酞 / 铁树开花 / 改进

人教版化学九年级上册分子运动实验通过化学实验将“分子在不断运动”这一理论知识形象地体现出来，从而为学生从宏观现象探究微观结构的学习奠定基础。

教材实验存在浓氨水用量大、装置不密封、氨气易逸散、实验时间长、不便于移动、实验设计单调和缺乏趣味性等问题，不少一线教师对该实验进行改进，其中一类是利用“铁树”对装置进行美化。许紫炜^［1］、付立娜等^［2］用细铁丝和棉花团自制“梨花树”，再用大烧杯或罐头瓶罩住经浓氨水浸泡过的棉花和铁丝树进行实验。吴慧苹^［3］在密闭塑料瓶中进行实验，并分别在热水和冷水条件下进行对比实验。冯红梅^［4］在密闭的塑料饼干罐中进行实验，用注射器注入浓氨水，实验后用蒸馏水吸收残余氨气。罗媛媛^［5］用黑枸杞制作酸碱指示剂，并用大烧杯罩住进行实验，后续利用浓盐酸的挥发性来进行酸碱中和。这些改进方案在节约药品、绿色环保、趣味形象等方面作了改进。但还存在着以下问题：①自制铁树的过程较为烦琐，耗时长，铁丝易生锈，不方便保存；②部分实验设计用大烧杯罩住，会有少量氨气逸出而污染环境，装置不方便移动；③部分实验设计存在浓氨水用量大的问题，实验过程中易造成氨气逸散；④部分实验在实验结束后没有进行尾气处理；⑤大部分实验未涉及影响分子运动快慢的因素，拓展整合不到位。针对上述不足，经过多次实践研究，笔者提出以下实验解决方案。

1 实验案例1

实验案例1的装置如图1所示。

1.1 实验仪器及实验药品

实验仪器：塑料瓶、塑料花枝叶、棉签、胶头滴管、橡胶塞、5 mL注射器。

实验药品：浓氨水、酚酞溶液、生石灰、浓盐酸、紫色石蕊溶液、水。

1.2 实验操作步骤和现象

①先用剪刀把塑料花枝叶剪成大小合适的尺寸，再将花朵取下，保留好花苞托。②将棉签两端的棉花球折下，套入塑料花苞托的孔中，遂制作好“梨花树”。③往每个棉签头上滴加几滴酚酞溶液，将塑料花轻轻伸入瓶中，再将其固定在橡胶塞上，塞紧塑料瓶口。④在通风橱中用5 mL注射器吸取1 mL浓氨水，从塑料瓶底部插入，再用另一支注射器吸取5 mL水或少量稀盐酸，并从塑料瓶底部的另一端插入。⑤利用注射器缓慢注入0.5 mL浓氨水，观察到“梨花树”由下至上变红了。⑥实验结束后，挤压另一支注射器，缓慢注入水或稀盐酸。⑦将上述实验中的浓氨水与酚酞溶液分别替换成浓盐酸与紫色石蕊溶液，观察到紫色“梨花树”溶液由下至上变红了。

结论：分子在不断运动。

2 实验案例2

实验案例2的装置如图2所示。

取两个相同的塑料瓶，其中一个底部装有少量生石灰，按上述步骤③固定好“梨花树”；用注射器向生石灰中注入1～2 mL水，同时挤压注射器，分别往两个塑料瓶瓶底注入0.5 mL的浓氨水。观察到生石灰与水反应放热，瓶内温度升高，且该“梨花树”比另一个更快变红。

结论：分子运动快慢与温度有关，温度越高，分子运动越快。

3 实验案例3

取一个塑料瓶，在瓶口处放置一小团棉花，塞紧橡胶塞，将塑料瓶平放；将吸取了浓氨水的注射器插入瓶口橡胶塞处，瓶底端插入吸取了浓盐酸的注射器，同时推动注射器，分别注入0.5 mL浓氨水和0.5 mL浓盐酸，可观察到靠近浓盐酸的一侧出现白烟。

结论：分子运动快慢与分子本身有关，分子越小，运动速率越快。

4 实验案例4

实验案例4的装置如图3所示。

另取一个塑料瓶，往“梨花树”一端的棉签头滴加紫色石蕊溶液，另一端的棉签头滴加酚酞溶液，将准备的“梨花树”固定在橡胶塞上；在瓶口处放置一小团棉花，塞紧橡胶塞，将塑料瓶平放；向瓶口橡胶塞处插入吸取了浓氨水的注射器，再向瓶底端插入吸取了浓盐酸的注射器。先推动注射器注入0.5 mL浓氨水，可观察到“梨花树”上滴了酚酞的棉签头由无色变红色；接着，缓慢推动另一支注射器注入0.5～1.0 mL浓盐酸，片刻可观察到瓶内出现大量白烟；用注射器从瓶身中部注入5 mL水，沿瓶壁轻轻转动数次，静置1～2 min，白烟被吸收，可观察到红色棉签头逐渐变成白色，紫色棉签头变红色。

结论：浓氨水与浓盐酸发生中和反应，使指示剂变色。

5 改进实验优点

（1） 变废为宝。塑料瓶作为反应容器，材料廉价易得，制作简单，便于自制推广。塑料花枝叶的仿真度高，趣味性强，耐腐蚀，便于保存和循环利用。可以直接更换棉签球，免去棉花团缠绕的烦琐，便于实验前的准备。

（2） 环保安全。实验装置为密闭装置，浓氨水由注射器注入，有效避免了实验过程中氨气的逸散，防止污染空气。反应结束后，注入盐酸中和浓氨水，可避免清洗仪器时吸入氨气引起不适，体现了化学实验的环保和安全。

（3） 节约药品。浓氨水用量只需0.5 mL，药品用量大为减少。改进后的实验装置小巧，可拿在手中，便于移动，方便全体学生观察现象，提高了课堂的参与度。

（4） 拓展整合度高。①将原实验中的浓氨水与酚酞溶液分别替换成浓盐酸与紫色石蕊溶液，观察到溶液由紫色变为红色，亦可说明分子在不断运动。该实验可用于探究酸、碱与指示剂的显色反应规律。②利用少量生石灰与水反应放热代替大量热水，温度升高，加快分子运动，说明分子运动快慢受温度影响。③利用浓氨水和浓盐酸的挥发性，可使两者“相遇”生成白烟，而白烟的位置说明了分子运动快慢受分子本身大小的影响。④借助指示剂的显色观察酸碱中和反应的发生，使无现象的化学反应可视化，增加了课堂实验的趣味性。该实验还可用于酸碱中和反应中过量问题的情境讨论。

参考文献

[1] 许紫炜.浅谈初中化学实验的改进设计及启发：以第三单元课题1“分子和原子”为例［J］.云南化工，2018，45（S1）：70-71.

[2] 付立娜，孙德武，翟宏菊，等.基于化学学科核心素养的实验改进设计：以“分子和原子”为例［J］.山东化工，2021，50（24）：206-207，209.

[3] 吴慧苹.分子运动现象实验装置的改进［J］.中学化学教学参考，2021（20）：75.

[4] 冯红梅.基于绿色化学、微型实验理念下的分子运动实验的改进［J］.化学教与学，2018（11）：95.

[5] 罗媛媛.“铁树开花”探究分子运动的实验创新［J］.中学化学教学参考，2017（22）：62-63.