摘要 用激光笔发出的红光照射氢氧化铁胶体,有丁达尔效应;而用红光照射硫酸铜溶液,则无丁达尔效应,于是得出结论:可用有无丁达尔效应来鉴别胶体和溶液。但大家可能都忽视了物理学上的一个问题,那就是“蓝是可以吸收红光的”,所以CuSO4溶液肯定是没有丁达尔效应的。就“CuSO4溶液没有丁达尔效应”这一问题,笔者引导学生进行实验探究,最终解决问题。 关键词 丁达尔效应 异常现象 实验探究 硫酸铜 氢氧化铁胶体 苏教版《化学1》第13页【活动与探究】之【实验1】“将盛有硫酸铜溶液和氢氧化铁胶体的2只小烧杯分别置于暗处,用聚光手电筒(或激光笔)照射,从垂直于光线的方向观察实验现象。”[1],并配有2张照片,第一张照片是激光笔发出的光照射到CuSO4溶液中,溶液中无“光的通路”,即无丁达尔现象;第二张照片是激光笔发出的光照射到Fe(OH)3红褐胶体中,有丁达尔现象。
从照片上可以看出,实验中使用的激光笔发出的是红光。笔者完成这个实验之后,发现有异常,经过探究之后,解决了这个异常现象。在课堂上,笔者对这个实验略作改动,引导学生在这个实验中发现问题,实施探究,并最终解决问题。
1 准备实验时的意外发现及探究
1.1 实验1
实验仪器:50 mL烧杯、能发出红光的激光笔、8 cm×10 cm的白纸
药品:饱和CuSO4溶液、新制Fe(OH)3红褐胶体
实验过程及现象:
(1)在烧杯中盛放30 mL Fe(OH)3胶体,用激光笔发出的红光照射时,胶体中有条红“光的通路”,丁达尔现象明显,激光笔对面的白纸上有红光点,说明红光透过胶体。
(2)在烧杯中盛放30 mL饱和CuSO4溶液,用激光笔发出的红光照射时,无丁达尔现象,但激光笔对面的白纸上也无红光点。
疑惑:白纸上无红点,说明红光并没有透过CuSO4溶液,这怎么可能呢?于是用其他溶液代替CuSO4溶液来做这个实验。
1.2 实验2
实验仪器:50 mL烧杯、能发出红光的激光笔、8 cm×10 cm的白纸
药品:饱和NaCl溶液(无)、0.1 mol/LK2CrO4溶液(黄)
实验过程及现象:
(1)在烧杯中盛放30 mL饱和NaCl溶液,用激光笔发出的红光照射,溶液中无“光的通路”,即无丁达尔现象,激光笔对面的白纸上有一红点,说明红光透过饱和NaCl溶液。
(2)在烧杯中盛放30 mL 0.1 mol/L K2CrO4溶液,用激光笔发出的红光照射,溶液中无“光的通路”,即无丁达尔现象,激光笔对面的白纸上有一红光点,说明红光透过K2CrO4溶液。
疑惑:同样是溶液,一种是蓝溶液,一种是无溶液,一种是黄溶液,分别用红光照射,红光不能透过蓝溶液,却可以透过无溶液和黄溶液。
1.3 对意外现象的探究
用内径为15 mm的试管取2 mL饱和CuSO4溶液,用激光笔发出的红光照射,激光笔对面的白纸上有微弱红点出现;
抗太阳
用激光笔发出的红光照射原烧杯中的饱和CuSO4溶液,然后逐渐向其中加水,激光笔对面的白纸上红光点渐渐清晰。
据《科学》(七年级下册)[2]可知:蓝是可以吸收红光的。同理蓝溶液可以吸收红光,并且溶液浓度越大,吸收光的效果越明显。至此,实验中的异常现象得到完美的解决。
笔者觉得这个实验略作改动,可以引导学生观察到一个异常的现象而发现一个有趣的问题,从而激发学生探究问题。于是就有了以下课堂中的实验过程。
2 课堂实验中的探究过程
实验仪器:50 mL烧杯、发出红光的激光笔、8 cm×10 cm的白纸激光笔
药品:饱和NaCl溶液、0.1 mol/LK2CrO4溶液、饱和CuSO4溶液、新制Fe(OH)3红褐胶体
课堂实验探究过程:
(1)用激光笔发出的红光分别照射试剂瓶中NaCl溶液和K2CrO4溶液,发现溶液中均无“光的通路”,但激光笔对面的白纸上有红点,可知光线是透过溶液的。
(2)用激光笔发出的红光照射Fe(OH)3胶体,发现胶体中有“光的通路”,同时激光笔对面的白纸上有红点,可确定光线的确是透过胶体的。
不出所料,学生提出了“为什么有这样的现象”这个问题,笔者略作解释:
这种现象叫“丁达尔效应或丁达尔现象”。丁达尔现象是胶体中分散质微粒对可见光(波长为400~700 nm)散射而形成的。光射到微粒上可以发生2种情况,一是当微粒直径大于入射光波长很多倍时,发生光的反射;二是微粒直径小于入射光的波长时,发生光的散射,散射出来的光称为乳光。散射光的强度,随着颗粒半径增加而变化。悬(乳)浊液分散质微粒直径太大,对于入射光只有反射而不散射;溶液里溶质微粒太小,对于入射光散射很微弱,观察不到丁达尔现象;只有溶胶才有比较明显的乳光,这时微粒好像一个发光体,无数发光体散射的结果就形成了光的通路。
(3)将白纸、饱和CuSO4溶液、Fe(OH)3胶体、激光笔从左到右排列。
基于以上实验现象及理论解释,向学生提问:“同学们预测会有什么现象?”
实心盘学生经过思考后一致认为现象是:Fe(OH)3胶体中有丁达尔现象、CuSO4溶液中无明显现象
、白纸上有红光点。
打开激光笔的电门,观察到的实际现象是:胶体中有丁达尔现象,CuSO4溶液中没有光的通路,白纸上没有红的光点。
然后将白纸和激光笔的位置换一换,同样要求学生预测实验现象,这次学生的意见就不一致了,甚至无法作出定论。
氧气袋打开激光笔的电门,观察到的实际现象是:无论是Fe(OH)3胶体还是CuSO4溶液中都没有光的通路,白纸上也无红的光点。
此时的学生已完全陷于迷茫之中了,极需要有人指点迷津。
笔者首先引导学生思考:根据以上的几个实验,估计问题会出在哪种物质上面?
学生经过思考和讨论后一致认为:问题出在CuSO4溶液身上。
继续引导学生思考:如何证明你们的结论呢?
学生用激光笔发出的红光照射CuSO4溶液,发现无丁达尔现象,同时激光笔对面的白纸上也无红光点。
引导学生继续探究:请用烧杯取少量饱和CuSO4溶液,用激光笔发出的红光照射,然后逐渐向饱和溶液中加水,观察有何现象出现。
学生此时都十分认真地做起了实验,不敢有任何闪失。最后他们得到同一个结论:随着CuSO4溶液浓度的降低,白纸上的红光点逐渐清晰起来。
最后笔者要求学生:请分析刚才的一组实验现象,对实验作总结。
3 结论与建议
经过激烈的讨论之后,学生纷纷发表自己的看法,说明他们经过了认真的思考并有了自己的观点。最后师生经过共同的探讨,觉得以下2条结论还是比较可取的:
(1)蓝的CuSO4溶液对红光有吸收作用。随着CuSO4溶液浓度的降低,即蓝逐渐变淡,白纸上的红光点逐渐清晰起来。
混合罐
(2)书本上用红光照射CuSO4溶液,从而要得出“可用有无丁达尔效应来鉴别胶体和溶液”这一结论有点欠妥。
鉴于市场上买到的激光笔一般发出的都是红光,最后大家建议:
(1)将CuSO4溶液换成其他溶液,溶液的颜不能是蓝,若其他溶液也有颜,其浓度不能太大。
(2)在激光笔对面放一张白纸,以便于观察光线透过液体的情况。
上完这堂课、完成这个实验已很久了,但课堂上学生的那种眼神、实验过程中那种投入的神情却总是挥之不去,那一刻我感受到学习带给学生的乐趣。但即使是在实施新课程的今天,学习带给学生的乐趣到底有多少呢?
参 考 文 献
[1] 王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书:化学1(必修).南京:江苏教育出版社,2009
[2] 朱清时主编.义务教育课程标准实验教科书:科学(七年级下册).杭州:浙江教育出版社,2007:
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