化学趣味实验之奇妙的化学“溶洞”

题目奇妙的化学“溶洞”
原料磷酸三钠（晶体）、三氯化铁（晶体）、氯化铜（晶体）、胆矾（晶体）、明矾（晶体）、硫酸镁（晶体）、蒸馏水等。

仪器设备标本瓶或一次性透明水杯或烧杯、EPE 珍珠棉泡沫、粗铜丝、塑料吸管、美工刀、直尺、胶水、牙签、镊子、塑料烧杯（1000mL）、玻璃棒、药匙等。

原理采用“水中花园”的形成过程原理。

5%磷酸三钠溶液能与多种晶体盐表面形成具有半透膜性质的难溶盐，将晶体放在瓶中生长液的顶端，在重力的作用下使晶体表面的难溶盐从上往下生长。

操作步骤
1、将配制好的5%磷酸三钠溶液倒入标本瓶内静置，备用。

2、将固定有晶体的支架，轻轻放在步骤1 标本瓶的液面上方，观察奇妙的实验现象。

注：晶体固定方式多种，仪器为：标本瓶、烧杯、一次性透明塑料水杯等。

实验现象描述
晶体盐与5%磷酸三钠溶液接触，晶体表面溶解液与磷酸三钠溶液反应生成的难溶盐，沉积在晶
体表面成为倒挂的钟乳石、“顶天立地”的“石柱”、“石笋”。

几分钟能观察到奇妙无比的实验现象。

1、三氯化铁晶体在5%磷酸三钠溶液中的生长过程照片：
2、三氯化铁晶体、明矾晶体、氯化铜和硫酸镁混合晶体，在5%磷酸三钠溶液中的生长过程照片
实验结果
选用多种晶体盐在不同磷酸三钠溶液中进行生长快慢探究，最后确定磷酸三钠溶液的最佳浓度为5% 左右。

本实验方案提供了多种实验装置供大家选用，让师生有更多的机会体验钟乳石、石柱和石笋的形成过程。

注意事项及其他
1、实验装置设计巧妙，实验现象千姿百态，有利于激发中小学学生学习化学的兴趣，让学生更加热爱化学，热爱大自然。

2、“石头”悬挂在生长液的顶部，有的只需几秒钟就能长出五彩缤纷的‘钟乳石’，几分钟就能形成“顶天立地”的“石柱”，‘石头’的生长速度极其迅速。

3、此实验既安全又简单, 实验材料很容易找到, 并且节约试剂, 降低了实验成本。

4、该实验设计具有可操作性和重复性，绿色环保和节约资源。

5、可批量生产教师演示用（大型装置）和学生科学探究用（微型装置）的两种教具，还可批量生产多种一定规格大小的晶体盐，具有推广价值。

九、添加相关实验附件：
1、实验装置及晶体固定支架的制作说明
方法一：将粗铜丝绕成螺旋漏斗型，固定在EPE 珍珠棉泡沫上，晶体盐放入铜丝漏斗型内，放在相
应的生长瓶或生长杯上。

铜丝间的距离可以调节，因此这种装置可以固定大晶体和小晶体。

在如下
图所示。

方法二：在一次性
巴斯德塑料吸管上用打孔器打若干个小孔，剪去细管部分。

选取与容器上口匹配的EPE 珍珠棉泡沫一块，用打孔器打若干个与前面塑料吸管匹配的孔，孔与孔之间的距离可以任意排列，然后将有孔的塑料吸管嵌入EPE 珍珠棉泡沫上。

将晶体盐放入带泡沫的塑料吸管内，备用。

这种装置一般用于固定小晶体，如氯化铜晶体、硫酸镁晶体等。

如下图所示。

2
方法三：将薄泡沫板加工成与盛装生长液容器上口匹配的小方块，在小方块泡沫的一面涂上少
量胶水，将取一药匙小晶体盐（或几种盐）与胶水混合，小方块泡沫翻转时晶体盐不下落为最佳。

如下图所示。

2、生长液的配制
根据生长液的需用量进行配制，称取120g 磷酸三钠晶体于1000 mL 的塑料烧杯中，加蒸馏水溶解，稀释至1000mL，约为5%磷酸三钠溶液。

3、几种晶体盐在不同实验装置、5%磷酸三钠生长液中的生长过程照片
4、设计意图
由于远古时期的地壳运动，大自然形成了千姿百态的世界溶洞奇观。

畅游世界各地溶洞景观，感受宇宙万物的斗转星移，岁月的轮回与变迁，一物一景，如雕如缕，如诗如画，形态各异，顶天立地，顶天不立地……有的只可意会不可言传，就像读到一首首优美的历史长诗，也像欣赏到一幅幅立体的美丽的历史画卷。

石头能生长，不能不说是神奇的，但人们又怎能感到或觉察到钟乳石和石笋的发育生长呢？它的成长过程相当缓慢，时间相当漫长，正是洞中长一点，世上已千年，人非神仙，要说能看见钟乳石和石笋在生长，乃天方夜谭。

（冀教版）五年级科学下册“溶洞里的钟乳石”，在教学条件好的学校，老师利用多媒体展示钟
乳石景观的照片和视频。

有的老师也按教材要求安排了“自制钟乳石”的科学探究活动，该模拟实
验所用的实验时间大约一周。

这样的实验，老师无法在课堂上演示，而学生在家进行探究活动，由
于时间太长，实验条件的限制，学生很难坚持，因此在家自主探究活动也就变成一句“空话”。

有的商家已看到了商机，研制了“神奇的水中花园”在“西安奇趣百货”进行销售，该商品其他名称为：会变化的神奇石头、魔术生长石头等。

彩色的小石头放入杯中3 分钟左右后就会开始生长，大约2 小时左右生长完成。

城市学生家长只需 5 元就能买到心怡的实验材料，完成“水中花园”趣味化学实验。

这些商品对小学生很有吸引力，石头的生长方向都是从杯底往上生长的。

水中花园的生长液为大于
15%Na2SiO3溶液，溶液浓度大，Na2SiO3用量大，成本高。

用水中花园的形成原理，我们能否让石头往下生长，以模拟大自然的溶洞中钟乳石、石柱和石笋形成过程呢？鲁科版高一化学必修1 第三章第一节碳的多样性，已有“模拟溶洞的形成”的活动探究内容。

课堂教学时间每节课只有40 分钟，因此模拟实验时间越短越好，那我们能否用化学实验的方法来
快速模拟，以观察“石头”奇妙的生长过程呢？
大自然创造了奇迹，我们就应该有办法模拟实现它生长的奇妙过程。

我们通过大量的实验研究，寻找实验成功的最佳条件，达到了预期的效果。

我们设计的趣味化学实验，有的彩色晶体放入杯中，只需几秒钟就会开始生长，几分钟就能从钟乳石快速生长为“顶天立地”的石柱。

我们设计的趣味实验形成石笋、石柱和钟乳石非常快，采用磷酸三钠溶液为生长液，溶液浓度低，药品用量少，对玻璃仪器腐蚀小。

该化学实验效果直观、明显，趣味性强，具有一定的观赏性。

实验装置设计简单新颖，材料易得，操作性强。

因此该趣味实验适用于教师课堂演示和学生进行科学探究活动，观众通过亲身体验，欣赏奇妙的实验现象，体现了“触摸化学感受魅力”的活动主题，奇妙的化学实验创造了奇迹，世界也因化学而精彩。

5、奇妙的化学“溶洞”趣味实验优点
1、实验装置设计巧妙，实验现象千姿百态，有利于激发中小学学生学习化学的兴趣，让学生更加热爱化学，热爱大自然。

2、“石头”悬挂在生长液的顶部，有的只需几秒钟就能长出五彩缤纷的‘钟乳石’，几分钟就能形成“顶天立地”的“石柱”，‘石头’的生长速度极其迅速。

3、此实验既安全又简单, 实验材料很容易找到, 并且节约试剂, 降低了实验成本。

4、该实验设计具有可操作性和重复性，绿色环保和节约资源。

5、可批量生产教师演示用（大型装置）和学生科学探究用（微型装置）的两种教具，还可批量生产多种一定规格大小的晶体盐，具有推广价值。

6、实验活动三步曲
小组成员分工情况：
1、夏思敏主要负责演示和讲解大型容器的实验方法，以及奇妙的实验过程和现象。

2、并用笔记本电脑循环播放实验过程的视频（视频中插入了千姿百态的大自然溶洞奇观）。

3、吴桂英、夏年利负责指导观众动手实验。

在演示桌上放置多种实验装置及效果的图片和实验操作步骤，听过讲解和观看过视频的观众，按提供的资料和实验用品自己动手完成实验过程，从中体验化学的神奇。