实验：物质中粒子的扩散

扩散是粒子会自行运动的日常证据，在物质与原子结构一章里，它用来同时确立两个观念：粒子在不停地作无规则运动，以及粒子之间有空隙。这个实验展示液体中的扩散，一种有色固体在水中散开，以及气体中的扩散，两种蒸气相遇并反应。

本指南列出方法、观察，以及实验考试所看重的试卷三技能。

目的

通过观察有色物质在液体中的扩散，以及两种气体相向的扩散，说明物质的粒子在不停地作无规则运动，并把观察与物质粒子理论联系起来。

仪器与材料

• 一杯水与一小粒高锰酸钾晶体
• 放置晶体用的镊子或吸管
• 长而干燥的玻璃管与两个橡皮塞
• 棉花
• 浓氨水与浓盐酸
• 两支滴管
• 铁架台与夹子
• 通风橱

步骤

液体中的扩散

1. 把烧杯装半满的水，静置到水完全不动为止。
2. 用镊子或吸管，把一小粒高锰酸钾晶体轻轻放到烧杯底部，不要搅拌。
3. 让烧杯不受扰动，随时间观察晶体周围的颜色。
4. 记录紫色如何在水中散开。

气体中的扩散

5. 在通风橱内操作，把一根长而干燥的玻璃管水平地架在铁架台上。
6. 用浓氨水浸透一团棉花，用浓盐酸浸透另一团棉花。
7. 在同一时刻，把浸氨水的棉花放进玻璃管一端，把浸盐酸的棉花放进另一端，然后用塞子封住两端。
8. 观察管内在何处形成一圈白色固体，并记下它相对于两端的位置。

预期观察

在液体中，高锰酸钾的紫色从晶体缓缓向外散开，把周围的水染色，尽管没有搅拌，最终使整杯水变成均匀的淡紫色。在气体管中，管内形成一圈白色固体（氯化铵）；它形成在靠近装浓盐酸的那一端，而不是在中间。

推断与结论

紫色散开，是因为高锰酸钾的粒子作无规则运动、进入水粒子之间的空隙，从浓度高处向浓度低处移动，直到均匀分布。这说明粒子在不停地运动，物质中含有粒子之间的空隙。

在气体管中，两种气体都扩散并相遇，生成白色固体。白环靠近盐酸一端，是因为氨的粒子质量比氯化氢的粒子小，所以扩散得更快，在两种气体相遇前走得更远。

气体中的扩散比液体中快，因为气体粒子相距更远、运动更自由。

科学过程技能（试卷三风格）

提出假设。 水温越高，有色物质在水中扩散得越快。

辨认变量。 在研究温度如何影响扩散速率时，操纵变量是水温，反应变量是颜色散开固定距离所需的时间，固定变量是水的体积、晶体的大小与物质的种类。

列表记录数据。 画一张表，一列记操纵变量（例如温度），一列记反应变量（颜色到达某标记所需时间），都按一致的精度记录。

作出推断。 由白环的位置推断较轻的气体扩散更快；由水的均匀颜色推断粒子无需推动即可运动。

操作性定义。 扩散用操作方式定义为：一种物质在不搅拌的情况下穿过另一种物质散开，直到混合物均匀为止。

安全须知

• 在通风橱内处理浓氨水与浓盐酸，因为两者都放出呛人、有腐蚀性的气体。
• 戴安全护目镜，因为气体与溶液会刺激或伤害眼睛。
• 用镊子夹取浸了酸和氨水的棉花，以免腐蚀性液体接触皮肤。
• 避免沾污，因为高锰酸钾在皮肤与衣物上留下顽固的棕色污渍。

常见错误

• 搅动或碰到烧杯。 任何扰动都会机械地把水混匀、掩盖扩散；要让烧杯完全静止。
• 用太大的晶体。 大晶体使颜色太深，难以判断散开的情况；只用一小粒。
• 两团棉花没有同时放入。 若一种气体先出发，白环的位置就不能公平比较扩散速率。
• 在开放处操作气体。 气体有害，所以气体部分必须在通风橱里做，而不是在敞开的实验台上。

我们的老师如何使用这个实验

在一对一的 SPM化学课堂里，以英文授课、每小时 RM50 起，我们用扩散把粒子理论钉牢：能同时解释散开的颜色和偏离中心的白环的学生，就能答好在 SPM化学 里反复出现的粒子模型题。因为用粒子的运动和质量来解释扩散是反复出现的试卷三观念（试卷三为实验考试，评估科学过程技能），把这个简单实验理解清楚，能支撑整个中四的理论部分。