湖北省隨州市第二中學(xué)(441300) 杜建功

1 問題的提出

目前，人教2019版高中化學(xué)教材必修2上，證明氨氣極易溶于水(約1∶700)及相關(guān)性質(zhì)的實驗是采用固體NH4Cl和Ca(OH)2共熱，先制取氨氣，再進(jìn)行后續(xù)實驗。但在實驗過程中常因收集氨氣的燒瓶不干燥或空氣潮濕，收集量不足等不易成功。如何才能簡單、快捷、高效、環(huán)保地實現(xiàn)相應(yīng)教學(xué)目標(biāo)？尤其是如何借助化學(xué)實驗有效培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)是廣大教師共同關(guān)心的問題。

帶著上述問題，筆者組織化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組的學(xué)生們，結(jié)合化學(xué)實驗探究性原則(假設(shè)→驗證→假設(shè)→驗證……)、趣味性原則(本實驗設(shè)計具有很強(qiáng)的趣味性，學(xué)生們樂于參與探究)、簡約性原則(符合中學(xué)化學(xué)實驗室實際，操作簡單、現(xiàn)象明顯)、科學(xué)性原則(設(shè)計原理與所學(xué)化學(xué)、物理理論知識、實驗方法一致)、人文性原則(既能提高實驗效果，同時注重體現(xiàn)綠色化、安全性)，改進(jìn)實驗方案，形成了下述實驗改進(jìn)方案。而運(yùn)用現(xiàn)代傳感技術(shù)，可以對“噴泉”實驗進(jìn)行進(jìn)一步的拓展，并且可以使實驗定量化、形象化、圖形化。

2 改進(jìn)后的實驗裝置及操作

2.1 實驗原理

現(xiàn)改用向生石灰中滴入濃氨水，利用CaO與H2O反應(yīng)并放熱，同時增大氫氧根離子濃度，促使?jié)獍彼械囊凰习狈纸?，瞬間產(chǎn)生大量氨氣：CaO+NH3·H2O(濃)=NH3↑+Ca(OH)2。

同時，由于加入了三通閥，既順利實現(xiàn)了預(yù)期的實驗?zāi)繕?biāo)，又對尾氣進(jìn)行了吸收，體現(xiàn)了實驗的科學(xué)性、簡約性、安全性和環(huán)保性。

經(jīng)過筆者與同行、學(xué)生多次實驗，該方法快速簡便，藥品價廉易得，即便用不太干燥的燒瓶收集氨氣作噴泉實驗，由于燒瓶內(nèi)外壓強(qiáng)差特別大，也能確保實驗成功，演示實驗效果相當(dāng)好，便于推廣應(yīng)用。

2.2 實驗儀器和用品

試劑：新制生石灰、濃氨水、酚酞試液、水等。

實驗儀器：錐形瓶、圓底燒瓶、分液漏斗、普通漏斗、燒杯、三通閥、導(dǎo)管、止水夾、橡皮管、橡皮塞等。

2.3 實驗裝置

實驗裝置如圖1所示。

圖1 實驗裝置

2.4 實驗操作

(1)向錐形瓶中加入新制CaO，分液漏斗中加入濃氨水，連接好裝置。

(2)擰動三通閥，使氨氣發(fā)生器與燒瓶相通。

(3)打開分液漏斗活塞，向錐形瓶中滴入一定量的濃氨水，立即可見導(dǎo)管a下端有大量氣泡冒出。

(4)稍候，待燒杯中的酚酞試液完全變紅后，再擰動三通閥使多余氨氣通入尾氣吸收裝置，此時a管液面迅速上升，形成美麗的紅色噴泉。

2.5 實驗注意事項

(1)所用試劑規(guī)格要符合要求，應(yīng)用新制生石灰和濃氨水。

(2)實驗時要控制好濃氨水的滴入速度，分液漏斗的活塞不要開得太大，以免產(chǎn)生氨氣過多而沖開錐形瓶或燒瓶的活塞。

(3)步驟4不要急于求成，一定要等燒瓶內(nèi)空氣排盡后(酚酞試液完全變紅)，再擰動三通閥。

3 改進(jìn)后實驗的優(yōu)點

(1)利用上述改進(jìn)實驗，實驗成功率幾乎百分之百，且多余的氨氣被完全吸收，有效地防止了氨氣污染空氣，既保障了師生的健康，又增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)保意識，體現(xiàn)了綠色化的設(shè)計理念。這種設(shè)計及改進(jìn)對培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)(變化觀念、證據(jù)推理、科學(xué)探究、社會責(zé)任等)可以起到一定的促進(jìn)作用。

(2)若在燒瓶中先收集滿HCl氣體，則可觀察到“噴煙”現(xiàn)象，即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：NH3+HCl=NH4Cl(白煙)，可進(jìn)一步深入進(jìn)行相關(guān)實驗探究。

(3)若換為其他氣體和液體，什么情形下亦可達(dá)到類似的實驗效果，值得探究。

(4)運(yùn)用現(xiàn)代傳感技術(shù)測定氨氣“噴泉”實驗中的壓強(qiáng)來認(rèn)識實驗的原理，如圖2所示，可電腦繪制三頸燒瓶內(nèi)壓強(qiáng)變化，這樣就將本實驗定量化、數(shù)據(jù)化、圖形化了，這些有待于筆者及同行們繼續(xù)深入探究。

圖2 利用傳感技術(shù)的測定氨氣“噴泉”實驗