高中化學實驗改進二則

錢海濱+項云

摘要：為了讓學生親自體驗實驗過程，減少化學試劑的用量，達到經濟環保的目的，進行了噴泉實驗裝置的微量化設計和反應熱實驗裝置的外顯化設計。巧妙地固定好塑料針筒的活塞，收滿氨氣后把針筒下端插入滴有酚酞的水中，少量氨氣便溶于水產生負壓而引發噴泉；中和熱測定保溫杯的使用減少了反應熱與周圍環境的熱交換，把具支試管和玻璃導管連接后插入品紅溶液，反應時通過玻璃導管液面的變化來外顯反應熱。二則實驗改進實現了反應試劑的微量化，簡單易行、現象明顯、經濟環保、成功率高。

關鍵詞：噴泉實驗；中和熱測定；微量化實驗設計；化學實驗改進

文章編號：1005–6629（2015）10–0068–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 便于分組實驗的氨氣噴泉裝置的微量化設計

對于人教版高中《化學1》（必修）中“氨氣的噴泉實驗”[1]人們已做了不少探究改進[2～4]，但以往的改進大多是基于教師的課堂演示，改進后所用的儀器和接口較多，密封性相對較差，且操作過程冗雜，不利于學生動手和分組實驗的開展；有的改進則趣味性過強[5]，易分散學生的注意力而影響關鍵現象的觀察思考，顯得華而不實。真正做到減少試劑用量、便于學生分組實驗的改進鮮有報道。課堂上如何讓學生能親自體驗噴泉的形成呢？作為一線教師，每當教到“氨”這一內容時，總期望解決這一困擾多年的問題。經反復探究終于設計出一種便于學生分組實驗的微量化噴泉實驗裝置，通過課堂實踐獲得了期待已久的“尖叫聲”。

1.1 微量化噴泉裝置簡介

學生分組實驗，因藥品和儀器的用量大，設計時要重點考慮以下幾個方面：儀器簡單、藥品用量少、安全環保。氨氣的噴泉實驗，按傳統方法做，不僅藥品用量大、操作繁瑣、占用課堂時間多，且往往由于裝置的密封性等問題而導致實驗失敗，影響教學效果。為此我們設計了微量化噴泉實驗裝置，使氨氣噴泉的分組實驗在課堂上能順利開展。

該裝置如圖1和圖2所示：取一塑料注射器，拔出針筒內的活塞，在塑料長柄的凹槽處卡一自制鐵卡（其作用是固定活塞，防止引發噴泉的負壓把塞子吸到針筒底部而無法形成噴泉），塞上活塞后，再把針頭插入橡皮塞而構成密閉體系。

1.2 噴泉實驗微量化設計在分組實驗中的應用

1.2.1 分組實驗的藥品及儀器

首先根據學生分組情況確定藥品及儀器的數量，以48人的班級分成24個小組為例，準備如下：氨氣制備裝置一套（包括吸濾瓶1個、25%～28%的濃氨水1瓶、堿石灰1瓶）、酚酞滴瓶（24個）、20mL容量的塑料針筒（24個）、自制鐵卡（24個）、軟橡皮塞（24個）、250mL燒杯（24個）。

1.2.2 分組實驗的方法及步驟

（1）按圖2所示組裝好儀器，檢查裝置的氣密性（向上拉動活塞，松開后活塞又恢復到原處，表明氣密性良好）。

（2）氨氣的制備、收集：

①在通風櫥中把適量的濃氨水和堿石灰分別加入分液漏斗和吸濾瓶中，打開分液漏斗活塞使濃氨水和堿石灰接觸反應制備氨氣。

②拉出針筒中的活塞后，塞緊針頭，用向下排空氣法收集一針筒氨氣，收滿后塞上卡有鐵卡的活塞，得到充滿氨氣的密閉針筒。課前按此法依次收集好24個充滿氨氣的針筒。

（3）噴泉形成的操作：

①向盛有水的燒杯中滴入2～3滴酚酞。

②拔掉密閉針筒的針頭，迅速將針筒下端插入水中，保持2～3秒，少量氨氣便因分子擴散而自動溶解于水，產生負壓引發噴泉，如圖3所示。

1.3 本實驗改進的優點

微量化噴泉裝置接口少，密封性好，操作簡單，現象明顯，成功率高。用于學生分組實驗，可大大減少實驗儀器、節約化學試劑，便于教師課前準備。其突出優點是實現了化學試劑的微量化，使分組實驗的試劑耗量大幅下降，全班分組實驗的試劑總耗量與原來一次演示實驗相當。這一改進在市級公開課的課堂教學實踐中得到了同行們的贊賞，全班同學都親自體驗了噴泉的形成過程，整個實驗在1分鐘左右即完成，大大節省了課堂時間，提高了教學效率。用HCl代替氨氣，本裝置也可用于 HCl的噴泉實驗，若把燒杯中的H2O換成NaOH水溶液，甚至可以做CO2、Cl2的噴泉實驗。

2 反應熱實驗裝置的外顯化設計

反應熱實驗，尤其是熱量變化比較小的化學反應，若裝置保溫效果差，加之外界環境溫度的影響，化學反應的熱量變化往往就難以察覺而影響課堂教學。如人教版高中《化學2（必修）》中“水合氫氧化鋇和氯化銨的反應”[6]，課本上是通過玻璃片上的水結冰將燒杯和玻璃片粘在一起來說明該反應為吸熱反應。但在實際教學中存在一些問題，如我們南方地區，氣溫較高，實驗時玻璃片上的水不易結冰，即使加大藥品的用量，實驗也很難成功；另外，玻璃片粘在燒杯底部也不能說明一定是由于反應吸熱造成的，因水的表面張力及局部氣壓的改變也會產生水對玻璃片的吸附作用。關于本實驗的改進曾有過一些報道[7，8]，即使這些實驗改進中水合氫氧化鋇的用量都比較大（與課本上20克的用量相同），反應時的熱量變化也不易被學生觀察到。鋇是第六周期的重金屬元素，一個實驗要耗20克鋇的化合物，價貴且污染環境。如何在大大減少反應試劑用量的同時還能明顯觀察到反應熱的變化呢？為此我們設計了反應熱外顯化的實驗裝置，通過外顯方式直觀反映出熱量的變化。該裝置靈敏度較高，即使微量試劑的反應，其熱量變化也能靈敏地顯示出來。

2.1 反應熱外顯化裝置簡介

該裝置如圖4所示，在具支試管口塞入帶有玻璃管的單孔橡皮塞，玻璃管的上端連接帶有止水夾的乳膠管（實驗前可通過止水夾來調整體系的內外壓強），用乳膠管把具支試管的支管口與直角玻璃導管連接，再把直角玻璃導管插入盛有品紅溶液的試管而構成密閉體系。在中和熱測定保溫杯中放入一個50mL的小燒杯，蓋上中間有孔的自制圓形硬紙板，再把上述構成密閉體系的具支試管通過硬紙板的孔插入小燒杯中，就得到了反應熱外顯化的簡易裝置。實驗時在50mL的小燒杯中放入反應物并攪拌，迅速把上述具支試管插入反應物中，若導管中的品紅液面上升，說明密閉體系內的空氣遇冷收縮產生了負壓，表明該反應為吸熱反應，反之則為放熱反應。

2.2 反應熱外顯化裝置的應用

2.2.1 實驗藥品及儀器

中和熱測定保溫杯、小燒杯、具支試管、試管、玻璃導管、玻璃棒、乳膠管、止水夾、圓形硬紙板、單孔橡皮塞、藥匙、Ba（OH）2·8H2O晶體、NH4Cl晶體、品紅溶液。

2.2.2 實驗方法及步驟

（1）組裝裝置：按圖4組裝好儀器，檢查裝置的氣密性（夾好止水夾，手握試管，若導管中液面下降，表明氣密性好）。

（2）調節液面：組裝后的密閉裝置，往往發現導管內的液面明顯低于試管內的液面（由于塞緊橡皮塞時氣壓增大引起），實驗時打開止水夾，讓內外大氣相通，當玻璃導管內外的液面相平后，再夾好止水夾，避免反應前產生的氣柱妨礙對實驗現象的觀察。

（3）放入藥品：將約1.3g Ba（OH）2·8H2O晶體與約1.5g NH4Cl晶體同時放入中和熱測定保溫杯中的50mL小燒杯內，用玻璃棒快速攪拌，蓋上已插有具支試管的硬紙板，觀察玻璃導管中品紅溶液液面的變化。

（4）觀察現象：學生很快就可觀察到品紅溶液液面不斷地上升，在導管中形成了一段液柱，從而表明Ba（OH）2·8H2O晶體與NH4Cl晶體的反應吸收熱量。輕輕向上挪動硬紙板可聞到能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的無色氣體的刺激性氣味，表明反應產生了氨氣。

2.3 本實驗改進的優點

這一反應熱的外顯化裝置，保溫效果好、外顯變化靈敏、簡單易行，不受各地環境溫度差異的影響，成功率高，品紅溶液液柱的形成更有利于學生對溫度變化的觀察。具支試管內空氣越多，插入品紅溶液的玻璃導管越細，靈敏度越高，實現了有毒有害反應試劑的微量化，把課本上20克的Ba（OH）2·8H2O晶體用量減到1克左右，達到了經濟環保的效果。如果不用課本上給定的化學試劑，我們還可用硝酸銨和氫氧化鈣粉末進行吸熱反應的實驗，從而可以避免重金屬化合物的使用與排放。

總之，上述兩則實驗通過對裝置的改進，做到了化學試劑的微量化，實現了節約試劑、注重環保的目的，在課堂教學實踐中取得了非常好的教學效果，值得推廣使用。

參考文獻：

[1]宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：97.

[2]劉新文，王燦，葉佩玉.噴泉實驗裝置的改進[J].化學教學，2010，（10）：12～13.

[3]陳雪泥.氨的產生和噴泉實驗的改進[J].化學教學，2005，（7）：4～5.

[4]華文清.氨的噴泉實驗創新設計[J].化學教育，2007，（9）：49.

[5]王治江，熊言林.另類噴泉實驗例談[J].化學教學，2003，（10）：10～11.

[6]宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：34.

[7]蒯世定，劉懷樂.關于吸熱反應實驗的研究[J].化學教學，2002，（5）：12～13.

[8]李靜雯，陳懿.吸熱反應實驗創新設計[J].化學教學，2015，（4）：53～55.