安徽省六安市第二中學(xué)河西校區(qū)(237000) 孫 瑞

安徽省銅陵市第一中學(xué)(244000) 鄭 偉

“氨氣的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)”是人教版高中化學(xué)必修一第4章第4節(jié)中的內(nèi)容。教材中氨氣的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)是分開進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)的,結(jié)合教學(xué)實(shí)際,筆者認(rèn)為教材實(shí)驗(yàn)存在以下幾點(diǎn)不足：

(1)氨氣制備時(shí)使用酒精燈加熱,能耗大,存在安全隱患；

(2)氨氣在收集的過程中容易泄露,污染環(huán)境；

(3)氨氣和氯化氫反應(yīng)是在敞開體系中直接進(jìn)行的,反應(yīng)現(xiàn)象微弱,且NH3與HCl都會污染環(huán)境；

(4)做噴泉實(shí)驗(yàn)要提前收集多瓶干燥氨氣,氨氣易擴(kuò)散,有可能導(dǎo)致噴泉實(shí)驗(yàn)效果不好,甚至造成實(shí)驗(yàn)失敗?；诖?需要對氨氣的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn),以便于學(xué)生全面系統(tǒng)掌握氨氣的性質(zhì)。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

為了更安全高效的進(jìn)行課堂教學(xué),使學(xué)生自主掌握NH3的制備原理和性質(zhì),發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng),特制定該實(shí)驗(yàn)的策略目標(biāo)。

1.1 宏觀辨識和微觀探析

通過觀察、辨識表現(xiàn)氨氣性質(zhì)的宏觀現(xiàn)象,能從微觀層面解釋宏觀方面的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,能運(yùn)用化學(xué)符號表征氨氣的一系列變化。

1.2 證據(jù)推理與模型認(rèn)知

收集證實(shí)氨氣性質(zhì)的各種證據(jù),然后分析推理加以證實(shí)或證偽,建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的關(guān)系,并能解釋氨氣現(xiàn)象與性質(zhì)之間的關(guān)系。

1.3 實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識

通過對氨氣的宏觀現(xiàn)象進(jìn)行思考、討論后能提出有探究價(jià)值的問題,并能和同學(xué)交流實(shí)驗(yàn)探究的成果,課下繼續(xù)探究或提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的想法。

1.4 科學(xué)精神與社會責(zé)任

在實(shí)驗(yàn)過程中養(yǎng)成安全意識和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度,注重環(huán)保意識,能運(yùn)用已有知識和方法探究實(shí)驗(yàn)過程對環(huán)境帶來的影響。

2 實(shí)驗(yàn)原理

3 實(shí)驗(yàn)裝置及用品

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

3.2 實(shí)驗(yàn)器材及藥品

NaOH 固體、NH4Cl固體、濃鹽酸、酚酞試液、蒸餾水、250 mL 圓底燒瓶、500 mL 燒杯、廣口瓶、塑料滴管、玻璃導(dǎo)管、雙孔塞、止水夾、三通閥、注射器、乳膠管、紅色石蕊試紙、鐵架臺附鐵夾、托盤天平。

4 實(shí)驗(yàn)步驟

4.1 氨氣的制備改進(jìn)

按圖1組裝好實(shí)驗(yàn)儀器 (注射器預(yù)先分別吸入一定量的蒸餾水和濃鹽酸),先檢査裝置氣密性是否良好,然后再向燒杯中加入幾滴酚酞試液。最后將塑料滴管取下,分別取NaOH 細(xì)顆粒固體2g、NH4Cl固體2.3g,按順序加入塑料滴管中。添加完畢后按圖1將塑料滴管連接在裝置上。輕輕搖動塑料滴管使反應(yīng)物充分混合接觸,很快可以觀察到盛有水的燒杯中有大量氣泡產(chǎn)生,濕潤的紅色石蕊試紙變成藍(lán)色,一段時(shí)間后滴有酚酞的水溶液由無色變成紅色。

4.2 白煙現(xiàn)象

等燒杯中氣泡減少時(shí),關(guān)閉止水夾1和止水夾2,將濃鹽酸注入廣口瓶中,可觀察到廣口瓶內(nèi)產(chǎn)生大量白煙,瓶底或瓶壁有白色固體物質(zhì)生成,如圖2所示。

圖2 白煙現(xiàn)象

4.3 噴泉實(shí)驗(yàn)

將注射器里的蒸餾水注入圓底燒瓶,因?yàn)镹H3極易溶于水,燒瓶內(nèi)壓強(qiáng)迅速減小,可觀察到燒杯中的水向圓底燒瓶中倒吸,形成紅色噴泉,如圖3所示。

圖3 噴泉實(shí)驗(yàn)

4.4 裝置的反復(fù)使用

實(shí)驗(yàn)結(jié)束,將塑料滴管從裝置中取下,空氣會進(jìn)入燒瓶,燒瓶中的水會自動回流到燒杯中,無需拆卸儀器,可反復(fù)多次實(shí)驗(yàn)。

4.5 燒杯中溶液pH 的變化

隨著燒杯中的水溶解氨氣的增多,氨水的濃度逐漸增大,pH 值也逐漸增大,在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中我們采用手持技術(shù),利用pH 傳感器可以直觀展示反應(yīng)過程中溶液pH 值的變化,如圖4所示。

圖4 溶液pH 的變化

5 實(shí)驗(yàn)分析

5.1 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

(1)裝置的氣密性要好。

(2)把握好注入濃鹽酸和蒸餾水的最佳時(shí)間。

(3)pH 傳感器用前一定要校正。

5.2 學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究

(1)滴有酚酞的水溶液為什么會變成紅色呢?

(2)氨氣遇到哪些酸可以產(chǎn)生白煙呢?

(3)引發(fā)噴泉現(xiàn)象的原理是什么?

(4)如何檢驗(yàn)氨氣?

6 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)

(1)節(jié)約藥品,在室溫下即可制取足量的氨氣,無任何危險(xiǎn)。

(2)操作時(shí)間短,適合于教師課堂演示教學(xué)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。

(3)操作簡便,白煙現(xiàn)象明顯持久,且可以觀察到有白色固體生成；噴泉效果非常明顯、幾乎充滿整個(gè)燒瓶,無需事先收集干燥氨氣。

(4)整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)成一個(gè)封閉體系,實(shí)驗(yàn)中NH3和HCl無法逸出,安全環(huán)保,符合綠色化學(xué)理念。

(5)整個(gè)裝置組裝簡易、巧妙地將多個(gè)實(shí)驗(yàn)融為一體,有效提升實(shí)驗(yàn)的觀察效果,激發(fā)學(xué)生探究化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣,發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

(6)無需拆卸儀器,可反復(fù)多次實(shí)驗(yàn)。