探究分子的性質(zhì)

在學(xué)習(xí)了分子的性質(zhì)后，同學(xué)們知道分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子。分子的質(zhì)量和體積都很小，分子間有間隔，分子是不斷運(yùn)動(dòng)的。為了更加深刻地認(rèn)識分子的性質(zhì)，同學(xué)們在老師指導(dǎo)下分小組探究分子的性質(zhì)。

一、分子間有間隔

第一小組的同學(xué)用兩支醫(yī)用注射器吸入等體積的空氣和水，用手堵住注射器末端的出口，慢慢推動(dòng)活塞（如圖1）。吸入空氣的注射器推起來很容易，吸入水的注射器推起來很費(fèi)力。同學(xué)們得出結(jié)論：分子間有間隔，氣體分子間間隔較大易被壓縮，液體分子間間隔較小不易被壓縮。

圖1

第二小組的同學(xué)把吸入20 mL空氣的注射器的末端出口用蠟油封住，然后把注射器放入冰水中，觀察到注射器的活塞向里移動(dòng)了一點(diǎn)，注射器中的氣體體積縮小；把注射器從冰水中取出在室溫下放置一段時(shí)間，注射器活塞又恢復(fù)到原來的位置。得出結(jié)論：物體的熱脹冷縮是由分子間的間隔受熱增大、遇冷縮小引起的。

第三小組的同學(xué)取一塊蔗糖放入杯中，然后加入一定量的水并標(biāo)記水面位置，觀察現(xiàn)象（如圖2）。同學(xué)們觀察到蔗糖逐漸溶解最后消失，液面下降。蔗糖溶于水證明分子是不斷運(yùn)動(dòng)的，液面下降證明分子間有間隔。

圖2

二、分子是不斷運(yùn)動(dòng)的

同學(xué)們將“探究分子運(yùn)動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)”（如圖3）改進(jìn)后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。第一小組的同學(xué)用如圖4所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把浸有酚酞的棉花團(tuán)綁在樹形的鐵絲上制成鐵樹。在玻璃片上滴幾滴濃氨水，罩上大燒杯，觀察現(xiàn)象。觀察到浸有酚酞的棉花團(tuán)從下到上逐漸變紅，說明分子是不斷運(yùn)動(dòng)的。

圖3

第二小組的同學(xué)用如圖5所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。把滴有酚酞的濾紙條貼在試管內(nèi)壁上，在剪掉一端的塑料眼藥水瓶內(nèi)滴幾滴濃氨水放在試管口，并塞好橡膠塞，觀察現(xiàn)象。一段時(shí)間后，觀察到濾紙條上的酚酞由下到上逐漸變紅，說明分子是不斷運(yùn)動(dòng)的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)便于回收濃氨水，減少了空氣污染。

圖4

第三小組的同學(xué)用如圖6所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把盛有濃氨水和酚酞溶液的兩支試管用導(dǎo)管連接起來，做成兩套裝置，把其中一支盛有濃氨水的試管放入熱水中，觀察現(xiàn)象。觀察到C 試管中的酚酞溶液先變紅，B 試管中的酚酞溶液后變紅，說明分子是不斷運(yùn)動(dòng)的，溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越快。

圖5

圖6

老師評價(jià)了同學(xué)們實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)點(diǎn)和不足，指出了實(shí)驗(yàn)過程中存在的操作不規(guī)范、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象描述不準(zhǔn)確等問題。為了激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，老師給同學(xué)們演示了“二氧化氮的擴(kuò)散”和“空杯生煙”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)?！岸趸臄U(kuò)散”實(shí)驗(yàn)如圖7，在盛有二氧化氮的集氣瓶上方倒扣一個(gè)空集氣瓶，觀察到紅棕色的二氧化氮?dú)怏w不斷擴(kuò)散，最后兩瓶中氣體顏色一致，說明分子是不斷運(yùn)動(dòng)的。

“空杯生煙”實(shí)驗(yàn)如圖8，把內(nèi)壁涂有濃氨水和濃鹽酸的兩個(gè)集氣瓶蓋好毛玻璃片倒扣在一起，隨后抽開毛玻璃片，可以看到有白煙生成。濃鹽酸揮發(fā)出的氯化氫氣體和濃氨水揮發(fā)出的氨氣接觸后反應(yīng)生成了白色固體氯化銨，于是我們就看到瓶中產(chǎn)生白煙了。從微觀上說，是由于氯化氫分子和氨分子不斷運(yùn)動(dòng)接觸后發(fā)生反應(yīng)，生成了白色固體氯化銨。

圖7

由于二氧化氮?dú)怏w有毒，氯化氫氣體和氨氣有刺激性氣味，因此在實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)有少量氣體泄漏出來污染空氣。為減少空氣污染，可以用如圖9 所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在做“二氧化氮的擴(kuò)散”實(shí)驗(yàn)時(shí)，在A 瓶中收集二氧化氮。把與K1端連接的導(dǎo)管伸入能吸收二氧化氮的氫氧化鈉溶液中，防止二氧化氮?dú)怏w逸出污染空氣。由于二氧化氮的密度比空氣大，打開K2，從K2端通入二氧化氮?dú)怏w，當(dāng)與K1端相連的導(dǎo)管中出現(xiàn)紅棕色氣體時(shí)，說明A 瓶中的二氧化氮?dú)怏w已經(jīng)收集滿。關(guān)閉K1和K2，打開K3，觀察現(xiàn)象?？梢钥吹紸 瓶中的紅粽色氣體沿著導(dǎo)管進(jìn)入B 瓶，一段時(shí)間后A、B瓶中氣體的顏色一致。A瓶中的二氧化氮分子不斷運(yùn)動(dòng)到B瓶中，產(chǎn)生了上述現(xiàn)象。

利用這一裝置還可以做“空杯生煙”實(shí)驗(yàn)。關(guān)閉K3，在B 瓶中滴入1 滴～2 滴濃鹽酸，并迅速塞好與K3相連的膠塞，濃鹽酸揮發(fā)出來的氯化氫氣體充滿B 瓶。把與K2相連的導(dǎo)管末端通入滴有酚酞的水中，吸收A 瓶逸出的氨氣，防止污染空氣。由于氨氣極易溶于水，故可以用水吸收。打開K1和K2，并從K1端通入氨氣，由于氨氣的密度比空氣小，因此當(dāng)酚酞溶液變紅時(shí)，說明A 瓶中氨氣已收集滿。關(guān)閉K1和K2，打開K3，觀察到B 瓶中先產(chǎn)生白煙，A 瓶中后產(chǎn)生白煙。白煙是氯化氫氣體與氨氣相遇反應(yīng)生成的白色固體氯化銨的小顆粒。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明分子是不斷運(yùn)動(dòng)的。相同條件下，相對分子質(zhì)量越小，分子運(yùn)動(dòng)越快。氨氣的相對分子質(zhì)量為17，氯化氫氣體的相對分子質(zhì)量為35.5，氨分子運(yùn)動(dòng)較快，所以B瓶中先產(chǎn)生白煙，A瓶中后產(chǎn)生白煙。

圖8

圖9

三、分子的質(zhì)量和體積都很小

蔗糖溶于水看不到蔗糖，是由于蔗糖分子與水分子均勻混合了，同時(shí)也說明分子很小。1個(gè)水分子的質(zhì)量約為3×10-26kg，一滴水中約含有1.67×1021個(gè)水分子，這些都說明分子的質(zhì)量和體積都很小。

通過探究分子的性質(zhì)，同學(xué)們體驗(yàn)到了實(shí)驗(yàn)探究的樂趣，加深了對分子性質(zhì)的理解。