“分子运动及受温度影响”实验的创新设计

摘要

创新设计化学实验，是初中化学实验教学的重要组成部分。针对人教版化学九年级上册中的分子运动实验的不足，利用现有实验室资源重新设计微型实验装置，既节约药品、减少污染，又使学生在短时间内可以直观观察分子运动现象，并能借此探究温度对分子运动速率的影响，从而提高了实验教学的效率。

Graphical abstract

关键词

分子运动 / 温度 / 浓氨水 / 酚酞 / 创新实验 / 创新设计

《义务教育化学课程标准（2022年版）》^［1］中的课程内容在对科学探究和化学实验的教学策略建议中提出：积极创造条件，倡导“做中学”“用中学”“创中学”，在完成必做实验的基础上，努力创造条件，为学生提供更多的动手实验机会。显而易见，这是让学生保持对化学的好奇心和兴趣的重要教学手段。

“分子运动及受温度影响”实验是人教版化学九年级上册第三单元课题1中的探究实验，其实验内容是利用浓氨水和酚酞两种试剂将分子运动的微观过程宏观化，帮助学生从宏观物质的学习过渡到微观粒子的学习，有利于加深学生对微观粒子的认识，增强其对化学实验的好奇心和探究欲。教材^［2］中的实验装置如图1所示。

笔者在实验教学中发现该实验存在4个问题：①教师在进行实验演示时，只有靠前排或视力好的学生能清楚地观察到现象，但装置又不能移动到教室后面，所以影响到绝大部分学生的观察效果；②浓氨水有刺激性气味，装置未密封，学生分组实验时用量较多，教室内空气质量变差，不适合用于学生分组实验；③在实验过程中，实验现象的产生需要较长的时间，难以及时观察到实验现象；④教材实验无法让学生感受到分子运动受温度的影响。笔者查阅相关文献发现，针对分子运动实验，很多研究者通过改变药品^［3］、用生活用品代替玻璃仪器^［4］、设计装置一体化^［5］等手段对实验加以改进。笔者按照文献方法操作时发现，有些实验并不能产生预期的现象并获得符合要求的结果。为此，笔者对该实验有了进一步改进的想法，在比较诸多分子运动实验设计方案的优缺点后，对分子运动实验进行了多次的试验与调整，最终在满足药品用量少、操作简单和装置材料易得的前提下，得到探究分子运动受温度影响实验的改进方案。

1 实验改进装置及其运用

1.1 实验原理

分子是不断运动的，且温度越高，其运动速率越快。

1.2 实验器材

（1） 仪器：3只100 mL小烧杯、2只250 mL大烧杯、3支短试管、3只单孔橡胶塞、3支90°弯管、胶头滴管、棉签若干。

（2） 药品：酚酞试液、浓氨水、热水。

1.3 实验装置

“分子运动及受温度影响”实验改进装置见图2。

1.4 实验操作和现象

（1） 把1根棉签（两端都有棉球）折成两段，再把2个棉签头稍微拉松一下；在2个棉签头上各滴入两滴酚酞溶液。

（2） 把滴有酚酞溶液的2根棉签头分别伸入2支90°弯管中，并将2支90°弯管的没有棉签的一端分别插入2只单孔橡胶塞的孔中，且端口长度要露出1 cm左右，如图2-A、图2-B的试管所示。

（3） 用胶头滴管吸取浓氨水，分别向短试管A、短试管B中各滴入2滴，然后迅速将带90°弯管的单孔橡胶塞分别塞入短试管A、短试管B的管口中；随即分别将短试管B放入空烧杯中，短试管A放入装有约60 ℃热水的烧杯中，立即可以观察到短试管A、B导管中的棉签逐渐变红色，且短试管A导管中的棉签明显比短试管B导管中的棉签先变红色，如图3-A、图3-B的试管所示。该对比实验说明分子在不断运动，且温度越高，其运动速率越快。

（4） 另取一套装置，在另1个棉签头上滴2滴浓氨水并将其伸入1支90°弯管中，将该管没有棉签的一端插入1只单孔橡胶塞的孔中，且端口长度要露出1 cm左右，如图2-C的试管所示；往短试管C中滴入2滴酚酞溶液，将其放进1只小烧杯中静置，不到1 min时间，短试管C底部的酚酞溶液变红，如图3-C的试管所示，再次说明分子是不断运动的，且氨气分子的运动速度比酚酞分子快得多。

2 实验注意事项

（1） 实验所用的短试管、90°弯管、单孔橡胶塞、棉签都需要洁净、干燥。

（2） 稍微拉松棉签头，便于吸收酚酞溶液或浓氨水。

（3） 短试管A在水浴加热时，应观察棉签是否因气体膨胀而往外移动，若移动，则要及时推回原位。

（4） 在塞入单孔橡胶塞时，注意90°弯管应保持向有棉签的方向倾斜，以免棉签头上的药品流入试管中，从而影响实验结果。

3 实验改进创新点

（1） 实验试剂用量少，节约药品。将改进实验用于课堂教学时发现，全班分组实验的浓氨水用量由原来的接近50 mL降至3 mL，且实验是在相对封闭的体系中进行，减少了氨气的排放量，保证了室内空气的质量。

（2） 实验器材为实验室常用的仪器和药品，提升了学校实验室资源的利用率，同时加强了学生在实验操作过程中的基本技能，有利于提高学生的基本实验操作能力。

（3） 实验能在短时间内产生明显现象，使得实验的可控性增强。

（4） 增设浓氨水与酚酞溶液不同滴加顺序的对比实验（增加图3-C的试管与图3-B的试管对比环节），说明不同分子运动速率有一定的差异性，遂使学生产生了进一步探究实验的求知欲。

（5） 改进实验有利于学生分组实验的开展。在实际分组实验中，学生可亲手组装仪器并进行实验，且能及时、直观地观察现象，即可借此探究分子运动及温度对分子运动的影响。

（6） 改进实验控制了药品的用量，让学生学会运用控制变量法并进行对比实验，提高了学生的科学素养。

对教材化学实验进行创新设计，既能让学生在实践探究中获得成功的体验，又能有效激发学生学习化学的积极性，从而提高学生的实验创新能力。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 义务教育化学课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022

[2] 人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.义务教育教科书化学九年级（上册）［M］.北京：人民教育出版社，2012.

[3] 朱清勇.创新设计实验　呈现奇妙化学：沪教版初中化学实验创新视角初探［J］.化学教与学，2016（02）：81-83.

[4] 周广，李德前.分组、演示同精彩：巧借废旧塑料瓶探究微粒运动［J］.化学教与学，2017（02）：82-83，96.

[5] 周梦茜，景一丹.分子运动现象的实验装置设计［J］.化学教与学，2019（09）：96-97，18.