陳宜銳（湖南師范大學(xué)附屬中學(xué)，湖南長沙410000）

氨氣的制備及噴泉實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)研究

陳宜銳（湖南師范大學(xué)附屬中學(xué)，湖南長沙410000）

當(dāng)前進(jìn)行的氨氣制備和噴泉試驗(yàn)，使用的均是按照教材中的實(shí)驗(yàn)方法，但這種傳統(tǒng)方法存在很多缺陷，難以達(dá)到最佳試驗(yàn)效果。因此，為了能夠取得更好的學(xué)習(xí)效果，需要對氨氣的制備和噴泉實(shí)驗(yàn)，實(shí)施必要的改進(jìn)措施。

氨氣；制備；噴泉試驗(yàn)；改進(jìn)

1 引言

在學(xué)習(xí)氨氣知識的過程中，噴泉實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)融物理和化學(xué)性質(zhì)驗(yàn)證于一體的試驗(yàn)，能夠生動形象地證明氨氣極易溶于水，及其水溶液呈堿性等性質(zhì)，因而也成為該部分的學(xué)習(xí)樂趣之一。但實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程，存在操作不便、氣體不易收集、儀器組裝困難等問題，因而需要進(jìn)一步改進(jìn)，以提高試驗(yàn)效率。

2 氨氣的制備及噴泉實(shí)驗(yàn)

2.1 現(xiàn)行氨氣實(shí)驗(yàn)室制法

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行氨氣制取實(shí)驗(yàn)時(shí)，按照教材上的實(shí)驗(yàn)室制法，是采用氯化銨和消石灰固體混合加熱，從而制備得到氨氣。但是經(jīng)過實(shí)際操作發(fā)現(xiàn)，使用該裝置所制得的氨氣濕度較大，不利于氨氣噴泉實(shí)驗(yàn)，且多余氨氣還容易逸散，從而污染大氣環(huán)境，甚至?xí)绊懙綄W(xué)生的身體健康。

2.2 氨氣的制備及噴泉實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀

（1）氨氣不可以久放，必須隨用隨制，明顯增加了教師的工作量；在拔掉橡膠塞的過程中，難免會有氣體泄漏，影響實(shí)驗(yàn)效果，污染環(huán)境，不符合綠色化學(xué)的理念，甚至造成環(huán)境污染，不利于學(xué)生的身體健康。

（2）由于噴泉實(shí)驗(yàn)需要事先進(jìn)行氨氣的收集和待用，需要花費(fèi)很多時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)備工作，如果需要在課堂上進(jìn)行自主的實(shí)驗(yàn)操作，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，卻未必能夠取得預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。

3 氨氣的制備及噴泉實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

為了加強(qiáng)我們學(xué)生的課堂實(shí)驗(yàn)操作能力，提高實(shí)際的學(xué)習(xí)效益，可以對氨氣制備和噴泉實(shí)驗(yàn)進(jìn)行以下改進(jìn)。

3.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

（1）儀器：反口塞（19#）、圓底燒瓶（19#，250mL）、長針頭（16#，內(nèi)徑1.25～，長25cm）、橡膠管、止水夾、一次性注射器（2mL）。

（2）試劑：氨氣、酚酞。

3.2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)

3.2.1 操作改進(jìn)

（1）將圓底燒瓶、橡膠塞、尖嘴管、導(dǎo)氣管、三通活塞及膠頭滴管連接，并檢查裝置氣密性；

（2）向錐形瓶中依次加人適量固體NaOH和濃氨水，迅速將步驟1中連好的裝置與錐形瓶連接，調(diào)節(jié)三通活塞，使錐形瓶與圓底燒瓶氣流相通。錐形瓶中固體NaOH溶于水放熱，使氨氣在水中溶解度減小，而且溶于水的NaOH會電離出氫氧根離子，體系中氫氧根離子濃度增大會破壞氨水的電離平衡，從而使氨氣逸出至圓底燒瓶中；

（3）待反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間，圓底燒瓶收集足量氨氣后，調(diào)節(jié)三通活塞，使錐形瓶與大氣相通；

（4）輕輕擠壓膠頭滴管，使滴有酚酞的水進(jìn)入燒瓶，瓶中氨氣迅速溶于水，燒瓶內(nèi)壓強(qiáng)驟減，尖嘴管將錐形瓶中溶液倒吸入燒瓶，從而形成美麗的紅色噴泉。

3.2.2 裝置改進(jìn)

（1）氨氣制備。將預(yù)先準(zhǔn)備好的1g氯化銨和1.5g氫氧化鈣固體藥品，放置于研缽中進(jìn)行充分的研磨混勻，然后將其裝入試管，使用一小團(tuán)脫脂棉，放在試管口處，再用1號膠塞將試管口塞緊。另取盛有1/3體積水的250mL支管圓底燒瓶，使用帶膠塞的試管，將其插入支管圓底燒瓶中，最后在支管上套一個(gè)約25cm長度的膠管2，即可進(jìn)行氨氣的水浴加熱制取試驗(yàn)。

圖1 改進(jìn)的氨氣制備裝置

（2）噴泉實(shí)驗(yàn)。采用250mL的短頸燒瓶，配以合適的玻璃導(dǎo)管與5mL注射器的膠塞，導(dǎo)管的下端應(yīng)當(dāng)連有膠管3。在收集氨氣的過程中，使用短玻管將膠管1和膠管3連通起來，等到燒瓶中充滿氨氣時(shí)，再將膠管1、3分開，并將膠管1伸入盛有水的燒杯中，以吸收多余氨氣，同時(shí)用止水夾將膠管3夾住，迅速將帶有玻管和注射器的膠塞，塞緊瓶口。做噴泉實(shí)驗(yàn)中，打開止水夾，然后由注射器向燒瓶中射入約1mL的水。由于氨氣在水中溶解度極大，燒瓶內(nèi)的壓強(qiáng)會驟減，水就會被倒吸入燒瓶中，從而形成噴泉現(xiàn)象。

圖2 改進(jìn)的噴泉實(shí)驗(yàn)裝置

3.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）長針頭的準(zhǔn)備：將一段20cm長的橡膠管套在長針頭的底座上待用。

（2）制取氨氣：提前制取5燒瓶氨氣，用反口塞塞緊瓶口，待用。

（3）具體操作：取一燒瓶氨氣，將長針頭直接扎人反口塞中，同時(shí)將針頭上端調(diào)節(jié)到合適高度；然后，再用裝有1mL左右水的注射器向圓底燒瓶內(nèi)注水，引發(fā)噴泉實(shí)驗(yàn)?？梢猿霈F(xiàn)強(qiáng)勁的噴射效果，最終燒瓶中幾乎完全充滿水。

（4）后續(xù)跟蹤實(shí)驗(yàn)：每隔一周取一燒瓶氨氣用上述方法進(jìn)行噴泉實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)氨氣放置4周后，噴泉效果仍然十分強(qiáng)勁。若采用磨口的燒瓶或者配套的鹽水瓶密封效果會更好，氣體保存時(shí)間可以更長。

4 氨氣的制備及噴泉實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的意義

4.1 密封效果好，實(shí)用性強(qiáng)

氣體收集完畢直接用反口塞密封，密封性能好。氨氣可以一次性制好，隨用隨拿，從而為學(xué)生減少實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作。演示時(shí)，氨氣不會溢出造成環(huán)境污染，因而能夠避免氨氣溢出對身體健康造成的不良影響。

4.2 噴泉時(shí)間可控，學(xué)習(xí)效果更好

原有實(shí)驗(yàn)裝置中玻璃導(dǎo)管內(nèi)徑大，噴泉瞬間引發(fā)，在操作學(xué)習(xí)過程中，往往還未來得及做出反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)就已經(jīng)結(jié)束了。而采用本裝置，噴泉時(shí)間可延長至90s之久，因而我們可以有充分的時(shí)間，對噴泉現(xiàn)象進(jìn)行觀察，從而保證實(shí)驗(yàn)效果，并取得良好的學(xué)習(xí)效益。

4.3 可操作性強(qiáng)，適用范圍廣

本裝置無需打孔，實(shí)驗(yàn)過程簡單，對操作者要求不高，所以也適用于我們學(xué)生開展分組實(shí)驗(yàn)；還可以根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)需要，選用不同規(guī)格的瓶子和長針頭來進(jìn)行各種常規(guī)和微型實(shí)驗(yàn)。該裝置還可用于氯化氫、二氧化硫等負(fù)壓噴泉實(shí)驗(yàn)。

5 結(jié)語

通過以上改進(jìn)措施，真正將氨氣制備與噴泉試驗(yàn)合二為一，具有良好的連貫性，且該實(shí)驗(yàn)裝置所需要使用的儀器較少，安裝和操作也相對簡便安全，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，能夠有效節(jié)省實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備時(shí)間，從而提高學(xué)生的課堂實(shí)驗(yàn)操作效率，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量與效率。

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2016-10-18