易勝

摘要：基于教材氨氣噴泉實驗裝置的不足，設計了一體化噴泉實驗裝置，進行多種氣體的制備、收集、驗滿、尾氣處理等連續(xù)性實驗。從定性觀察和壓強傳感器定量分析兩個角度認識噴泉實驗，培養(yǎng)學生的實驗能力、思維能力、創(chuàng)新能力。該裝置可以拓展應用于氣體性質驗證，實驗現(xiàn)象更加明顯，趣味性增強。

關鍵詞：氣體；噴泉實驗；創(chuàng)新設計；應用拓展

文章編號：1008-0546（ 2022 ）11x-0094-02

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.11x.025

氨氣的噴泉實驗是人教版新教材高中化學必修第二冊中的重要實驗之一。傳統(tǒng)噴泉實驗一般需提前制備氨氣，用倒置的圓底燒瓶收集，往往由于制備及儲存不當而造成實驗失敗，這無疑會影響到教師的教學進度及學生的學習興趣。因此，筆者通過創(chuàng)新設計一體化噴泉實驗裝置，快速制氣體并引發(fā)噴泉實驗，實驗成功率高，還可重復使用實驗探究氣體的性質。

一、實驗儀器及藥品

實驗儀器：圓底燒瓶（250 mL）、橡膠塞，玻璃導管、T形三通管、橡膠管、燒杯（250 mL）、止水夾、注射器（10 mL）、鐵架臺、壓強傳感器。

實驗藥品：濃氨水、氫氧化鈉固體、濃鹽酸、酚酞溶液、蒸餾水、硅膠干燥劑。

二、實驗步驟與現(xiàn)象分析

為解決傳統(tǒng)實驗中的部分問題，探索將演示實驗轉化為學生實驗的可能性，本文采用實驗室中易獲取的儀器，組裝出一套成本低、制作簡單的氣體制備、收集、除雜、檢驗一體化氨氣噴泉實驗裝置，如圖1所示。

1．氨氣與水的噴泉實驗

（1）按圖1搭建實驗裝置，然后檢查裝置的氣密性。圓底燒瓶甲中加入少量硅膠干燥劑，圓底燒瓶乙中加入4 g片狀氫氧化鈉固體蓋緊橡膠塞，用注射器吸取7 mL濃氨水。

（2）打開止水夾K1和K3，關閉K2，將針筒中的濃氨水逐漸注入到圓底燒瓶乙，稍微減慢反應速率，防止液體噴沸的危險，使實驗更加安全。[1]

（3）將濕潤的紅色石蕊試紙放在夾有K1的橡膠管口，觀察試紙顏色變化。

（4）將夾有K2的橡膠管浸沒在盛滿蒸餾水的燒杯中，并滴人3滴無色酚酞溶液。關閉止水夾K1和K3，打開K2。用注射器吸取2 mL蒸餾水，然后注入到燒瓶甲中，觀察燒瓶中現(xiàn)象。

（5）將夾有K2的導管從燒杯中取出，將燒杯放在夾有K1的導管下方，打開K1。

現(xiàn)象：乙中產生大量無色氣體，當K1下方的導管口濕潤的紅色石蕊試紙變藍，說明氨氣收集滿。打開K2后燒杯中的蒸餾水經玻璃管噴人圓底燒瓶，形如噴泉，溶液變成紅色。打開K1后燒瓶甲中的紅色溶液順利流出，重新進入燒杯。

結論：氨氣極易溶于水，水溶液顯堿性，NH3+H2O=NH3.H2O。

2．一水合氨受熱分解實驗

取適量燒杯中收集的紅色溶液（稀氨水和酚酞溶液）于潔凈的試管，用酒精燈加熱，觀察溶液顏色變化。

現(xiàn)象：試管中溶液紅色逐漸變淺。

結論：一水合氨不穩(wěn)定，加熱時易分解產生氨氣，NH3.H2O=△=NH3↑+H2O。

3．氨氣與鹽酸的噴泉實驗

采用與1中相同的步驟，改變引發(fā)的操作，左側注射器中改加2 mL濃鹽酸，然后注入到燒瓶甲中。

現(xiàn)象：圓底燒瓶甲中有大量白煙產生，燒杯中的蒸餾水倒流進入燒瓶，形成噴泉。

結論：氨氣遇到氯化氫迅速反應生成氯化銨晶體，NH3+ HCl==NH4Cl。

4．氨氣與氯氣反應

采用與1中相同的步驟，圓底燒瓶甲中收集滿氨氣，推動注射器活塞，向燒瓶中注入適量氯氣。

現(xiàn)象：氣體黃綠色逐漸變淺，最后變成無色，產生白煙并在燒瓶內壁凝結。 結論：氨氣具有還原性，被氯氣氧化生成氮氣。當氨氣過量時，得到氯化銨晶體，8NH3+3Cl2==N2+6NH4Cl。

5．利用傳感技術定量分析噴泉實驗

實驗觀察燒杯中蒸餾水進入燒瓶的快慢和噴泉的量只能定性判斷反應快慢，無法充分理解反應原理。將壓強傳感器插入圓底燒瓶甲中，既可以滿足實時測量燒瓶內壓強的實驗需求，又可以依托測量數(shù)據(jù)并利用電腦繪出“壓強一時間”圖像，進而可利用該圖像對噴泉實驗原理進行分析。[2]具體如圖2所示，實現(xiàn)噴泉實驗數(shù)據(jù)化、圖形化、定量化分析，根據(jù)壓強變化曲線可理解氨氣與水反應的原理。通過該實驗可以估算氨氣的溶解度，[3]直觀感受到氨氣極易溶于水（約為1：700）。

三、實驗拓展應用

拓展運用于制備比空氣密度大的氣體，進行噴泉實驗和其他性質實驗，以SO2為例進行分析。SO2的密度大于空氣，制備收集時改變圓底燒瓶甲中兩導管的長度，短口進長口出，實驗裝置如圖3所示。

固體和液體不加熱反應制備氣體，拓展運用于SO2、CO2、H2S、Cl2、NO2等氣體，進行噴泉實驗和其他性質實驗。對于需要加熱的反應，可增加酒精燈對圓底燒瓶乙進行加熱，促進氣體揮發(fā)，拓展運用于HCl、HBr、HI等氣體。具體實驗內容見表1。

四、一體化實驗的優(yōu)點

（1）實驗手段的創(chuàng)新性：系列實驗融合了手持技術數(shù)字化實驗，將定性實驗轉變?yōu)槎繉嶒?，定性證據(jù)與定量證據(jù)相結合，培養(yǎng)了學生采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的能力、基于證據(jù)的科學思維、定量探究能力、創(chuàng)新意識及科學精神。

（2）實驗裝置的綜合性：實驗裝置具有綜合性、一體化、實時性、可預測性的特點。過程簡單，既串聯(lián)多個實驗裝置，綜合了“制備一收集一檢驗”三大實驗環(huán)節(jié)；操作方便，省時省力，又提高了實驗展示效率和課堂教學效果，解決了課堂演示耗時較長的問題；改進后的實驗成功率高，實驗現(xiàn)象直觀可見，降低了學生收集證據(jù)的難度。

（3）實驗過程的綠色化：在封閉系統(tǒng)中制取氣體，裝置中的氣體現(xiàn)用現(xiàn)制，減少了有毒氣體的泄露，用液封法吸收尾氣，環(huán)保、無污染。而且裝置可循環(huán)使用，一次實驗結束后，打開止水夾K1，使燒瓶甲中的液體向下重新流人大燒杯中。用熱毛巾捂住圓底燒瓶甲，加入硅膠顆粒充分干燥，重復實驗操作，實現(xiàn)噴泉實驗的連續(xù)化，可以滿足多個班級的實驗需求。

（4）實驗教學的推廣性：噴泉實驗一體化整合裝置提供了一套實操性極強的創(chuàng)新實驗范式。從氨氣與水的反應，可遷移至“氨氣與鹽酸的反應”“氨氣與氯氣的反應”“SO2的制備和性質驗證”“Cl2的制備和性質探究”等多個實驗，具有推廣價值。

參考文獻

[1]潘祥泰，黃清輝．適合學生動手的“一體化”氨氣噴泉實驗研究[J]．化學教與學，2019（03）：92-93.

[2]張嬌蛟，錢揚義，謝敏．利用手持技術研究噴泉實驗中的氣壓變化[J].化學教育，2012，33（09）：109-112，122.

[3] 蔣紅年，用氣壓傳感器測定氨氣噴泉實驗進行過程中壓強的變化[J].化學教與學，2016（07）：96-97.