淺談氨氣溶解性

郭志菊

淺談氨氣溶解性

郭志菊

大理州巍山縣第二中學 云南大理 672400

氨氣噴泉實驗是“氨氣”教學的經典實驗。鮮明的實驗現象，能引起學生對學習內容的高度關注，促進學生對實驗的觀察與思考，從而建構氨氣溶解性的知識。然而在實驗情景之后，某些學生在分析實驗現象后形成的結論是：氨氣快速溶解，導致燒瓶內氣體壓強明顯下降，產生一個較大的壓力差，燒杯中的水被快速壓入燒瓶中而出現噴泉，最終1體積水大約溶解1體積氨氣。

原人教版教科書對噴泉現象的解釋是：從噴泉實驗可以看出，氨極易溶解于水，經實驗測定，在常溫、常壓下，1體積水中能溶解約700體積的氨。課程標準實驗教科書的描述是：氨極易溶解于水且溶解得快。在常溫下，1體積水大約可溶解700體積氨氣。通常教學中會引導學生分析：引發噴泉的水是少量的，且噴泉劇烈，利用間接認知方式形成結論，表現為簡化的教學策略。然而對于經驗不十分豐富的學生來說，存在理解上的困難。而且學生提出的問題確實存在兩個概念的區別，即“氨在水中的溶解速率”和“氨極易溶解于水”是兩個不同的概念。個別學生甚至還列舉課外資料：只要1體積水能溶解40體積以上氣體都能發生噴泉。學生提出的質疑較為合理，在討論中進一步明確需要探究的問題：如何設計實驗探究氨氣在水中的溶解性，實驗探究過程如下。

圖1

首先引導學生回憶初中探究空氣里氧氣體積百分含量的實驗，經過模仿和改造，設計的實驗方案如圖1。在集氣瓶中收集一瓶干燥的氨氣，用膠頭滴管注入1mL水，搖動集氣瓶。待溶解充分后，打開活塞，四氯化碳倒吸入裝置中，用量筒測量進入集氣瓶的四氯化碳的體積，計算氨氣在水中的溶解度。然而在實驗方案論證時，學生再次提出質疑：四氯化碳是否能溶解氨氣呢？如果四氯化碳能溶解氨氣，該實驗方案則不能測定氨氣在水中的溶解度。分析中思維嚴密，有必要用實驗探究氨氣在四氯化碳中的溶解情況。

圖2

學生很快聯想到二氧化硫溶解性的實驗，設計的實驗方案如圖2。為了對比說明，還設計了氨氣在水中溶解的對比實驗。將兩支盛滿氨氣的試管分別倒插在盛水、四氯化碳的燒杯中，并不時振蕩，觀察氣體的溶解情形。但觀察到的現象大出意料：盛水水槽中的試管適當振蕩后，水面較快上升，最終試管內幾乎全部充滿水，四氯化碳的液面也能緩慢升高，10min后高度幾乎相同。形成的結論是：氨氣在水中溶解速率快，而在四氯化碳中溶解速率較慢。

圖3

由于氨氣能被四氯化碳溶解，尋找合適的倒吸液體較為困難，只好安排學生在課外重新設計實驗方案。在教師的幫助下，采用注射器設計實驗方案。經過分析和論證，最終提出的實驗方案如圖3：在注射器中收集50mL氨氣，用單孔橡皮塞（未打通）堵住注射器的溶置口，用帶針頭的小注射器（皮試用）插在橡皮塞外與溶置口相對應處，推動事先裝有0.2mL水的小注射器，振動注射器，測定溶解氨氣的體積。

實驗時，推動小注射器，大注射器推桿迅速向內移動，同時振蕩注射器，10s左右就不再移動，溶解氨氣30mL。形成的結論是：氨氣的溶解速率極快，溶解平衡時氨在水中的溶解度約為150，說明氨極易溶解于水。但所測數據與700體積有較大誤差，于是教師提供濃氨水的密度和質量分數的相關數據，學生能計算出準確的溶解度。為了解釋實驗誤差，要求學生對實驗裝置進行觀察，發現水過少，針筒內壁和推桿外壁之間殘存有部分水，而針筒體積的限制，水的用量又不能增大，因此要想準確測定氨氣在水中的溶解度只能采用間接測量的方式。

氨氣的噴泉實驗的結論學生不能接受，是由于間接認知推理確實存在概念混淆的問題。學生在實驗探究與質疑的交替和融合中，能更好地解釋學生自己的觀念。在實驗情境中，提出問題，敢于質疑，不迷信權威，秉承科學事實，是學生實驗探究能力的提升的表現。在實驗探究教學中，不再僅停留在實驗觀察層面上，而是更多地關注學生從觀察中形成化學實驗設計能力和合理解釋的能力。最終在三次實驗設計和反復的實驗探究中，實現對氨氣在水中的溶解速率和溶解平衡形成正確的理解。以學生的認知認同為基礎，通過同化和順應實現對知識意義的深刻理解，促進學生個性的發展和個性化知識的形成。