張阿芳 陳波 陳啟明

關(guān)鍵詞：多色雙噴泉實驗;氨氣;氯化氫;實驗裝置設(shè)計;實驗探究

1研究背景分析

噴泉實驗是高中化學(xué)的經(jīng)典實驗，氨氣的噴泉實驗在三個版本的高中教材里均有出現(xiàn)，滬教版還提到氯化氫的噴泉實驗，因現(xiàn)象震撼，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，適合用作課堂演示實驗。目前相關(guān)的文獻研究大多是基于實驗的某一環(huán)節(jié)做出改進，如增加制取氨氣的裝置、更換實驗藥品、改變引發(fā)噴泉的方式提高實驗成功率，設(shè)計一體化實驗將氨氣的制取、噴泉、性質(zhì)實驗進行綜合改進等。熊言林等人利用氨氣豐富的化學(xué)性質(zhì)，設(shè)計一種反復(fù)變色的噴泉，通過控制止水夾將多種現(xiàn)象融于一體，具有色彩融合的思維。另外還有作者從教學(xué)內(nèi)容出發(fā)，設(shè)計對比實驗引導(dǎo)學(xué)生探究二氧化硫噴泉實驗的可行性，將理論與實際相結(jié)合，更加具有教育意義。

上述改進后的實驗方案仍存在以下問題：（1）缺乏足夠的吸引力。改進后的實驗裝置大多是單瓶噴泉，且未設(shè)計成方便增減的實驗?zāi)K單元，規(guī)模較小，難以激發(fā)學(xué)生的興趣。（2）現(xiàn)象單調(diào)，持續(xù)時間短。實驗使用的圓底燒瓶一般是250mL，噴泉引發(fā)后酚酞水溶液在燒瓶內(nèi)迅速變紅，持續(xù)10s左右即停止，效果不佳。（3）容易形成定勢思維，缺乏創(chuàng)新性。大多數(shù)研究依然沿用了氨氣和酚酞水溶液來設(shè)計噴泉實驗，事實上只要通過化學(xué)實驗制造壓強差就能實現(xiàn)噴泉。席改卿等人提出用建構(gòu)主義思想幫助學(xué)生打破定勢思維，并設(shè)想得到氯化氫、氨氣的噴煙現(xiàn)象，但并未深入探討噴泉和白煙相結(jié)合的實施方案，缺乏對學(xué)生進行“模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”等學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成教育?；谏鲜鰡栴}，本實驗利用氨氣易溶于水和氯化氫氣體與堿液反應(yīng)的性質(zhì)，同時進行雙噴泉實驗。原理上，實驗巧妙利用氨氣和氯化氫的反應(yīng)，制造白煙繚繞的奇幻現(xiàn)象，且白煙的生成量可以指示集氣完成情況，解決了以往氣體泄漏的問題。同時，通過自行設(shè)計、定制的三頸燒瓶實現(xiàn)了實驗裝置的一體化，增加了氨氣的儲量，豐富了實驗內(nèi)容，延長了趣味現(xiàn)象呈現(xiàn)的時間。實驗結(jié)束后，部分反應(yīng)液可經(jīng)調(diào)節(jié)pH再回收利用3-5次，符合綠色化學(xué)的要求。

2改進實驗

2.1實驗原理

實驗涉及到以下幾個主要化學(xué)反應(yīng)：

（1）氨氣極易溶于水，并能和水反應(yīng)生成一水合氨，溶液呈堿性;氯化氫氣體易與氫氧化鈉溶液反應(yīng)。

（2）酚酞溶液遇堿變紅，而二價銅離子在氨水溶液中發(fā)生配位反應(yīng)，生成深藍色的四氨合銅配離子，通過倒吸混合氨水、酚酞和硫酸銅溶液可以呈現(xiàn)藍紫色。

2.2試劑和儀器

氨水、五水合硫酸銅、六水合氯化鈷、對硝基苯酚、N（1萘基）乙二胺鹽酸鹽、冰醋酸、亞硝酸鈉、對氨基苯磺酸、硫氰化鉀、六水合三氯化鐵、濃硫酸、酚酞指示劑，以上試劑均為分析純。

2.3實驗步驟

搭建如圖1所示反應(yīng)裝置。

（l）檢查裝置的氣密性：將與直角玻璃導(dǎo)管連接的玻璃活塞4b-4h、4j-4p打開，將左、中、右側(cè)與三角漏斗連接的三個玻璃活塞4a、4i、4q關(guān)閉。向燒杯中加入適量水，使得長玻璃導(dǎo)管下端浸沒在水中。先用酒精燈微熱左側(cè)錐形瓶，觀察燒杯內(nèi)是否有氣泡冒出，待冷卻后，再用酒精燈微熱右側(cè)定制三頸燒瓶，觀察氣泡，若兩側(cè)均有氣泡產(chǎn)生，說明裝置氣密性良好。

2.4實驗結(jié)果

實驗結(jié)果如表1所示。

3實驗的優(yōu)點

（1）將噴泉的顏色反應(yīng)與白煙反應(yīng)結(jié)合，觀賞性強。

（2）實驗符合環(huán)保要求：無氣體泄漏，實驗藥品用量少，且部分可回收利用。

（3）新創(chuàng)裝置氣密性好、噴泉量大，能實現(xiàn)多色噴泉且能控制噴發(fā)順序。

（4）本實驗建立起了化學(xué)噴泉模型，可操作性強。教師在教學(xué)時可根據(jù)需要進行藥品的更換和裝置的改進，還可設(shè)置相關(guān)的思考題供學(xué)生學(xué)習(xí)。

4教學(xué)建議

改進后的實驗涉及氨氣的性質(zhì)、酸堿指示劑、配位反應(yīng)、沉淀反應(yīng)等，教師可以結(jié)合學(xué)生儲備的化學(xué)知識，引導(dǎo)他們進一步思考該實驗在試劑和操作上的其他改進方案。以下幾個實例可供參考：

（1）壓強差原理。生活中有很多應(yīng)用壓強差的例子，比如人體呼吸、虹吸現(xiàn)象、吸盤等。化學(xué)學(xué)習(xí)中也有多處運用到壓強差原理，比如化學(xué)噴泉實驗、裝置氣密性檢查、啟普發(fā)生器原理、通過紅磷燃燒實驗測定空氣中氧氣的含量、壓強差法制備純凈的氫氧化亞鐵、防倒吸裝置等。教師可引導(dǎo)學(xué)生從生活實際出發(fā)，進行類比總結(jié)，建立起以壓強差為中心的知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

（2）顏色反應(yīng)。化學(xué)實驗中往往伴隨許多綺麗的色彩變化，除了酸堿指示劑遇酸/堿發(fā)生顏色變化外，金屬離子的沉淀反應(yīng)、生成配合物的反應(yīng)都能呈現(xiàn)出奇妙的特征顏色。學(xué)生可通過查閱資料，整理常見的顏色反應(yīng)，再進一步用于開發(fā)新的趣味實驗，如化學(xué)雞尾酒、化學(xué)交通燈等。

（3）創(chuàng)新實驗。本次實驗分析了噴泉實驗的原理及過程，提供了從實驗裝置、實驗現(xiàn)象、實驗藥品選用等多個角度的創(chuàng)新演示，學(xué)生可據(jù)此設(shè)計、創(chuàng)新更多的噴泉實驗的方案。

新創(chuàng)的多色雙噴泉實驗從多個角度改進了課本實驗，其涉及了多種反應(yīng)原理，現(xiàn)象生動有趣。趣味實驗?zāi)軓囊曈X等方面帶給學(xué)生較強烈的震撼感和沖擊力，引發(fā)學(xué)生的好奇心，同時也能明顯提升學(xué)習(xí)效果，有利于開拓學(xué)生的發(fā)散思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力，是教師進行素養(yǎng)教學(xué)的一個良好素材。