徐良斌

摘要：针对鸡蛋在稀盐酸中沉浮实验的现象，简述了实验原理，设计了实验探究方案。通过观察与分析10只鸡蛋在0.4 mol·L-1稀盐酸中出现的沉浮现象，说明鸡蛋沉浮的条件比较苛刻，影响鸡蛋沉浮的非化学因素是蛋壳薄膜，所得结论对鸡蛋沉浮实验提供了有益的参考。

关键词：鸡蛋；沉浮实验；稀盐酸；实验探究；趣味实验

文章编号：1005–6629（2015）3–0043–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 提出问题

沪教版初中教材有这样一例有趣的实验习题：如图1所示，将一只新鲜鸡蛋放入水中，鸡蛋沉入水底。加入适量浓盐酸后，鸡蛋会出现上浮、下沉、再上浮、再下沉的现象，反复多次。教材以此为情景，提出了与物理、化学相关的3个问题（略）[1]。笔者曾询问初中教师是否做过该实验及实验的效果，大多数人都摇摇头，只有3位男性教师回答做过，但实验结果却差强人意。于是，笔者决定对鸡蛋沉浮实验进行探究。

2 已有研究

在中国知网（http：//www.cnki.net/）中以“鸡蛋沉浮”为主题，检索到2篇相关文献。许小忠老师使用新鲜鸡蛋在白醋和稀盐酸（浓盐酸与水的体积比为2：125）中进行实验，出现上浮——下沉往复现象[2]。考虑到该方案反应速度较慢、耗时较长，此研究的推广运用存在一定的局限性；许应华老师选用7种不同浓度的盐酸溶液（0.14～ 1.0 mol·L-1）进行实验，发现当盐酸浓度为0.4 mol·L-1时，鸡蛋先下沉，再上浮，用玻棒刮去蛋壳表面气泡，鸡蛋又下沉，但不久又上浮[3]。我们从中得到较大的启发，认为其观点值得学习、验证和再探究。

3 实验原理

鸡蛋在盐酸溶液中沉浮的理论依据是：由于鸡蛋的密度比盐酸溶液的密度大，造成鸡蛋在盐酸溶液中下沉。与此同时，蛋壳中的碳酸钙与盐酸溶液不断反应产生的二氧化碳气泡附着在蛋壳表面，使其体积变大、浮力增大。当浮力大于重力时开始上浮，鸡蛋上浮中部分气泡脱离逸出，蛋体的重力又大于浮力，此时鸡蛋又出现下沉现象。

在实验操作层面，笔者认为我们应该关心的是：首先，鸡蛋与盐酸的密度相差几何；其次，产生二氧化碳气泡的速率问题，从已有的研究文献判断，使用较稀的盐酸溶液已成共识；其三，下沉前何种因素制约气泡逸出的问题。只有处理好这3个实验问题并将其有机地结合在一起，才能达成鸡蛋沉浮的实验目标。

4 实验探究

4.1 实验容器

选用高24cm、直径7cm的生物标本瓶作实验容器，加入800mL稀盐酸后使酸溶液液面高度约为20cm。后续实验表明，25℃时采用较大容积容器与较多酸溶液，可以观察到更多的实验细节，也为调整酸溶液浓度预留一定的空间。

4.2 测定鸡蛋的密度

将鸡蛋放入烧杯中，然后倒入稀氯化钠溶液。若发现鸡蛋没有浮起，再慢慢加入浓氯化钠溶液，并用玻棒不断搅拌。当发现鸡蛋开始浮起时，立即停止加入浓氯化钠溶液，静置观察，使其悬浮于溶液之中（如已上浮至溶液表面，可滴加少量水进行调节）。此时，使用密度计测出氯化钠溶液的密度，其密度就等于鸡蛋的密度。经测定，10只鸡蛋的密度见表1。

4.3 配制稀盐酸溶液

按照浓盐酸与水体积比为1：29的比例，配制浓度为0.4 mol·L-1的稀盐酸[3]，使用密度计测得其密度为1.000 g·mL-1。

鸡蛋的密度略大于该盐酸溶液，客观上要求上浮前二氧化碳气泡的数量无需太多，加之下沉前还要有利于气泡的净减少，所以采用稀的盐酸溶液较为适宜。

4.4 鸡蛋与稀盐酸的反应

室温25℃时，在盛有800mL稀盐酸的生物标本瓶中放入鸡蛋，分别进行10次实验。其中第3次实验用酸为前一次实验使用过的，其他均为新酸溶液。在实验中，观察到3次或3次以上沉浮现象记作“√”；经过加水或加浓盐酸，观察到3次或3次以上沉浮现象记作“+”；经过7min鸡蛋仍停留在酸溶液下方，记作“×”。实验现象与数据见表2。

根据不同鸡蛋在稀盐酸中出现的不同现象，可以将实验分为4种类型，具体说明如下：

（1）现象完整的实验。鸡蛋在上浮之前，其表面布满了数以百计的气泡，只有零星的、细小的气泡逸出；经过约1min时间，鸡蛋的钝端悬浮而锐端仍停留在底部，蛋体出现1～2次轻微的晃动；气泡聚集2～3min后，鸡蛋开始上浮。在上浮过程中，只有个位数的气泡逸出。当蛋体少部分露出液面时，其立即下沉至底部，且未见气泡冒出。鸡蛋的沉浮过程均较平稳、速率缓慢（相对而言，下沉稍快），其间未见蛋体翻转。

（2）需要加水的实验。在30s时间内，鸡蛋较快地上浮，逸出的气泡数目超过10个，且下沉的距离不到酸溶液高度的一半。加入少量水后，鸡蛋可一直下沉至底部。

（3）需要加酸的实验。鸡蛋虽能上浮，但只能上浮至酸溶液高度的2/3处。

（4）不理想的实验。虽然鸡蛋表面布满许多气泡，且同时有较多、较大气泡逸出，但鸡蛋长时间一直停留在底部，未见晃动、上浮等现象。这可能是酸溶液酸度不够，不能产生足够的浮力或鸡蛋自身的品质已遭损坏（见下文说明）等原因造成的。

由于不同鸡蛋间存在个体差异，其蛋重、蛋壳厚度、蛋形指数、蛋壳硬度、裂纹，甚至包括表面污斑都会影响二氧化碳气泡的形成与逸出，使得鸡蛋在酸溶液中的浮力变化存在着一定的不确定性，但这种不确定性是有边界的，是可控制的。以“现象完整的实验”为模型，对实验过程中出现的异常现象作出正确的判断，通过加水或加酸调节酸溶液浓度，为鸡蛋的沉浮提供适当的条件。依据上述实验现象，笔者试作如下推论：

（1）0.4 mol·L-1稀盐酸与鸡蛋壳反应产生气泡，能使60%的鸡蛋出现沉浮现象；通过加水或加酸调节酸溶液浓度，能使30%的鸡蛋出现同样的现象。

（2）鸡蛋的密度直接决定了其沉浮能力，但不同鸡蛋所呈现出的沉浮表现与其密度大小没有对应关系。

（3）实验③现象表明，3次沉浮后酸溶液的浓度变化不大，这也说明沉浮过程中产生二氧化碳的量与速率均较低。

对此，笔者的教学建议是：同时进行两组平行实验，以提高实验的成功率。

5 问题讨论

在指定盐酸溶液浓度的条件下，除了大家熟知的化学因素（二氧化碳气泡）外，鸡蛋自身具有的何种属性是决定沉浮现象的关键呢？在实验过程中，我们观察到鸡蛋壳表面存在着一层薄膜（其成分为糖蛋白，又称壳上膜）[4]，经酸溶液浸泡膨胀其颜色变深（棕色），大量气泡被吸附在膨胀的薄膜与蛋壳之间。在上浮前与上浮过程中，虽然有少量气泡逸出，但吸附的大量气泡仍被薄膜锁定；下沉时则没有气泡逸出。把进行过沉浮实验的鸡蛋取出（使用工具或手，均会加剧薄膜破损），放入新的酸溶液中，鸡蛋不再出现沉浮现象；当第4个实验出现“哑”蛋现象时，观察到壳上膜已部分破损；一旦盐酸的浓度稍大，二氧化碳气泡易冲破薄膜，常会出现鸡蛋只上浮不下沉的尴尬。种种迹象表明，蛋壳薄膜在沉浮过程中起着控制和调节浮力大小的作用。

6 实验结论

（1）鸡蛋在酸溶液中沉浮的条件比较苛刻。室温25℃时，在0.4 mol·L-1稀盐酸中，六成的鸡蛋会出现多次沉浮现象；三成鸡蛋的沉浮需要通过加水或加酸进行调节；只有少数壳上膜已破损的鸡蛋不适合进行沉浮实验。

（2）鸡蛋在稀酸溶液里沉浮时，其气泡（浮力）的变化不大，化学反应速率、沉浮速率均较缓慢。

（3）蛋壳薄膜在沉浮过程中起着控制和调节浮力大小的作用。蛋壳薄膜在上浮前与上浮过程中将大部分气泡锁定在蛋壳表面，起着聚集气泡的作用；在下沉前与下沉过程中，大部分气泡仍被蛋壳薄膜锁定，同时蛋壳薄膜（包括气泡）起着阻碍蛋壳与酸溶液接触的作用。

参考文献：

[1]中学化学国家课程标准研制组.化学（九年级下册）[M].上海：上海教育出版社，2012：67.

[2]许小忠.鸡蛋在酸溶液中沉浮实验的再探究[J].化学教学，2009，（6）：21～23.

[3]许应华.鸡蛋在盐酸中沉浮现象的探讨[J].教学仪器与实验，2004，（10）：23～24.

[4]姚成立，朱金苗，徐汪华等.鸡壳中的化学[J].化学教育，2009，30（6）：1～2.