林夢思

摘要：針對新人教版高中化學(xué)必修2教材中關(guān)于氨氣的3個演示實驗方案的不足，經(jīng)過查閱文獻(xiàn)和反復(fù)研究，設(shè)計了集氨氣的制備、收集、性質(zhì)探究及尾氣處理于一體的創(chuàng)新實驗裝置。改進(jìn)后的實驗方案操作簡便、成功率高、安全環(huán)保，實驗現(xiàn)象新奇有趣，既能進(jìn)行課堂演示實驗，又能讓學(xué)生自行動手完成，提高學(xué)生的實驗操作能力和創(chuàng)新意識。

關(guān)鍵詞：氨氣；一體化；實驗改進(jìn)

文章編號：1008-0546（ 2022）11x-0084-03

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.11x.021

一、問題的提出

現(xiàn)行新人教版高中化學(xué)必修2教材中，針對氨氣的制備與性質(zhì)共設(shè)計了3個演示實驗，分別是：加熱NH4Cl和Ca（OH）2的固體混合物制取氨氣、氨氣溶于水的噴泉實驗、氨氣與氯化氫的白煙實驗。所采用的裝置如圖1所示。

以上3個實驗是高中化學(xué)必做的演示實驗，但教材實驗存在以下幾點不足。

1．氨氣需要預(yù)先制備

新人教版必修2中的噴泉實驗需要事先用固體NH4CI和Ca（OH）2共熱制取氨氣。制取氨氣時，加熱過程中試管容易炸裂，比較危險；收集氣體時．氨氣會透過棉花散布到空氣中，造成環(huán)境污染。

2．噴泉實驗易失敗

教材上的噴泉實驗要求氨氣必須充滿燒瓶，為了保證收集到足夠的氨氣，往往需要加大試劑用量，造成藥品浪費；同時，在氨氣的制備、收集、儲存等環(huán)節(jié)都容易造成氨的泄漏，不能保證實驗成功率，并且污染環(huán)境。該實驗對氨氣和收集氨氣的裝置的干燥程度要求高，稍有水分易導(dǎo)致實驗失敗。[1]

3．噴泉顏色變化單一

噴泉實驗現(xiàn)象震撼，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，但教材上噴泉實驗的顏色變化僅僅是由無色變?yōu)榧t色，略顯單一。[2]

4．白煙實驗固體產(chǎn)物不明顯

教材中的白煙演示實驗是用兩根玻璃棒分別蘸取少量濃氨水和濃鹽酸，相互靠近后發(fā)現(xiàn)有白煙生成，說明NH3能與HCI化合生成NH4Cl（白煙）。該實驗方案的優(yōu)點是操作簡便、現(xiàn)象直觀，但也有明顯的不足之處。[1]一是在開放環(huán)境中進(jìn)行實驗，NH3與HCl泄露在空氣中，污染環(huán)境；二是玻璃棒上蘸取的試劑量有限，反應(yīng)現(xiàn)象微弱，后排的學(xué)生可能無法觀察到白煙。

5．沒有一體化

分開進(jìn)行氨氣的制備、收集、噴泉實驗以及白煙實驗，過程比較繁瑣、耗時長，不利于學(xué)生系統(tǒng)建構(gòu)主干實驗知識體系。

針對以上不足，筆者經(jīng)過查閱文獻(xiàn)和反復(fù)研究，設(shè)計了集氨氣的制備、收集、性質(zhì)探究及尾氣處理于一體的創(chuàng)新實驗裝置。

二、實驗藥品、儀器及裝置

藥品：NaOH固體、無水氯化鈣、濃鹽酸、濃氨水、紅色石蕊試紙、自制紫甘藍(lán)指示劑溶液、蒸餾水。

儀器：帶鐵圈的鐵架臺2個、廣口瓶1個、約300 mL礦泉水瓶2個、500 mL燒杯1個、250 mL燒杯1個、普通漏斗1個、20 mL注射器1個、5 mL注射器2個、T形玻璃管1根、彎導(dǎo)管4根、直導(dǎo)管1根、止水夾4個、短橡膠管5根。

實驗裝置如圖2所示（夾持裝置略去）。

三、實驗原理

1．氨氣的制備

本實驗改用向NaOH固體中滴加濃氨水的辦法，可以瞬間制得大量氨氣。NaOH固體溶于水放出大量的熱，加速濃氨水的揮發(fā)；同時，溶液中的c（OH-）增大，促使氨氣的溶解平衡逆向移動，其相關(guān)方程式如下：

NH3+ H2O=NH3.H2O= NH4++ OH-

2．氨氣的檢驗

氨氣的水溶液呈堿性，因此氨氣能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)。

3．氨氣與酸的反應(yīng)

濃氨水易揮發(fā)出氨氣，可以與揮發(fā)性酸（如濃鹽酸）反應(yīng)產(chǎn)生白煙（NH4CI固體顆粒）。

NH3+ HCl= NH4Cl

4．噴泉實驗

紫甘藍(lán)溶液中含有豐富的花青素，在不同的pH下可呈現(xiàn)出不同的顏色（如表1所示），故可作酸堿指示劑。氨氣極易溶于水（溶解度1：700），將注射器中的水?dāng)D入礦泉水瓶后，氨氣迅速溶解，使得瓶內(nèi)壓強(qiáng)迅速減小，燒杯中的紫甘藍(lán)溶液被壓入瓶中，形成多彩噴泉。[2]

四、實驗操作

1．檢查裝置的氣密性

按圖2連接好實驗儀器。先關(guān)閉止水夾D，形成密閉體系。向下推動20 mL注射器的活塞，可觀察到500 mL燒杯中的導(dǎo)管末端有氣泡冒出，再將活塞恢復(fù)原狀，導(dǎo)管內(nèi)形成一段相對穩(wěn)定的水柱，證明裝置的氣密性良好。

2．氨氣的制取與收集

在廣口瓶中加入約一藥匙的NaOH固體，向500 mL燒杯中加入大約400 mL的紫甘藍(lán)溶液，向250 mL燒杯加入約200 mL蒸餾水，最后在右側(cè)彎導(dǎo)管處放置好濕潤的紅色石蕊試紙。

關(guān)閉止水夾C，打開止水夾D，用20 mL注射器向廣口瓶中緩慢注入約8 mL的濃氨水；可以看到濃氨水與NaOH劇烈反應(yīng)，250 mL燒杯中的漏斗下端很快產(chǎn)生氣泡，右側(cè)彎導(dǎo)管處的紅色石蕊試紙變藍(lán)，說明兩個礦泉水瓶的氨氣已經(jīng)收集滿。待廣口瓶中反應(yīng)停止時，先后關(guān)閉止水夾A、B、D。

3．氨氣的噴泉實驗

打開止水夾C，用5 mL注射器迅速向右側(cè)礦泉水瓶中注入約3 mL蒸餾水，片刻后即可觀察到瓶身變癟并聽到清脆的響聲；同時，500 mL燒杯中的紫甘藍(lán)溶液沿玻璃管急速上升，進(jìn)入礦泉水瓶中形成噴泉。由于噴入礦泉水瓶內(nèi)的紫甘藍(lán)溶液由少漸多，使得瓶內(nèi)溶液的pH值不斷變化，故噴泉顏色呈現(xiàn)了“紫色一藍(lán)色一青色”的多彩變化。[1]

4．氨氣與氯化氫的白煙實驗

緩慢推動5 mL注射器活塞，向左側(cè)礦泉水瓶中注入約1 mL濃鹽酸，瓶內(nèi)立即產(chǎn)生大量白煙，瓶身逐漸變癟，并可看到瓶壁或瓶口有白色固體物質(zhì)生成。

5．尾氣處理

實驗完畢后，打開止水夾D，對裝置內(nèi)剩余的氨氣進(jìn)行尾氣吸收處理。

五、實驗改進(jìn)的優(yōu)點

1．實驗設(shè)計綜合性強(qiáng)

該實驗將氨氣的制備、性質(zhì)探究以及尾氣處理綜合在一起進(jìn)行了一體化設(shè)計創(chuàng)新，能讓學(xué)生親眼看到氨氣的制取和收集，感受“噴泉”和“白煙”產(chǎn)生的過程，從而完成對主干實驗知識體系的系統(tǒng)構(gòu)建。

2．微型微量、省時高效

該裝置能在8 min內(nèi)完成氨氣的制取、收集、性質(zhì)探究與尾氣處理。與傳統(tǒng)實驗相比，本實驗大大減少了固體NaOH和氨水的用量；同時，制取氨氣時不需要加熱就能瞬間產(chǎn)生大量氣體，由于無需提前制備與存儲氨氣，減少了教師的準(zhǔn)備工作量。

3．凸顯綠色化學(xué)理念

實驗體系全封閉，可以有效避免氨氣與氯化氫泄露造成的空氣污染，引導(dǎo)學(xué)生樹立環(huán)保意識，凸顯綠色化學(xué)理念。

4．噴泉實驗效果理想

該裝置無需提前制備與儲存氨氣，避免了在制備、收集、儲存等環(huán)節(jié)造成的氨氣泄漏；同時對裝置的干燥程度要求較低，即使裝置存有少許水分，也會在氨氣充滿裝置前被氨氣飽和，噴泉實驗成功率高。

5．巧妙利用礦泉水瓶

用礦泉水瓶替代原來的圓底燒瓶，經(jīng)濟(jì)便利；其次，礦泉水瓶質(zhì)地較軟，將蒸餾水快速注入盛滿氨氣的礦泉水瓶后，礦泉水瓶立即變癟并聽到清脆的響聲，有一定的視聽覺沖擊效果，利于學(xué)生理解氨氣極易溶于水且溶解度大的性質(zhì)。[3]

6．實驗現(xiàn)象趣味性強(qiáng)

本實驗用紫甘藍(lán)溶液代替常規(guī)的水加酚酞溶液，使得噴泉產(chǎn)生多彩的顏色變化，同時利用氨氣易與氯化氫反應(yīng)的特性制造出白煙繚繞的景象，增加實驗的趣味性和可觀賞性，提高學(xué)生對化學(xué)的濃厚興趣。[2]

六、實驗注意事項

開始實驗前必須進(jìn)行裝置的氣密性檢驗。

根據(jù)所用礦泉水瓶的大小合理選擇藥品用量，避免浪費。

滴入廣口瓶中的濃氨水不宜過多過快（8 mL左右），用紅色石蕊試紙驗滿后立刻停止注入濃氨水。

使用注射器時注意安全。

七、結(jié)語

本實驗將氨氣的制取、收集、驗滿、性質(zhì)探究及尾氣處理進(jìn)行綜合，克服了已有噴泉實驗的不足，實驗成功率提高，實驗現(xiàn)象也更加明顯，給學(xué)生帶來強(qiáng)烈的視覺、聽覺沖擊，同時大大減少了氨氣外逸的幾率，安全性得到保證。該實驗裝置既可以進(jìn)行課堂演示實驗，又能供學(xué)生自行完成，在幫助學(xué)生系統(tǒng)建構(gòu)實驗知識體系的同時，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、科學(xué)精神和環(huán)保意識。

參考文獻(xiàn)

[1] 王秀榮，聞鈺，基于綠色理念的氨的制備及性質(zhì)實驗創(chuàng)新設(shè)計[J]．化學(xué)教與學(xué)，2020（07）：89-91，62.

[2] 張阿芳，敖渝涓，錢鳴來，王媛媛，陳波，陳啟明．云蒸霞蔚——多色雙噴泉實驗[J].大學(xué)化學(xué)，2020，35（04）： 43-49．

[3]譚文生，袁彥杰．氨的噴泉實驗創(chuàng)新設(shè)計[J]．教育與裝備研究，2020，36（10）：45-46．