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(xué) 云南大理 672400

氨氣噴泉實(shí)驗(yàn)是“氨氣”教學(xué)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。鮮明的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，能引起學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的高度關(guān)注，促進(jìn)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的觀察與思考，從而建構(gòu)氨氣溶解性的知識。然而在實(shí)驗(yàn)情景之后，某些學(xué)生在分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后形成的結(jié)論是：氨氣快速溶解，導(dǎo)致燒瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)明顯下降，產(chǎn)生一個(gè)較大的壓力差，燒杯中的水被快速壓入燒瓶中而出現(xiàn)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(xiàn)象的解釋是：從噴泉實(shí)驗(yàn)可以看出，氨極易溶解于水，經(jīng)實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)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(xué)中會引導(dǎo)學(xué)生分析：引發(fā)噴泉的水是少量的，且噴泉?jiǎng)×遥瞄g接認(rèn)知方式形成結(jié)論，表現(xiàn)為簡化的教學(xué)策略。然而對于經(jīng)驗(yàn)不十分豐富的學(xué)生來說，存在理解上的困難。而且學(xué)生提出的問題確實(shí)存在兩個(gè)概念的區(qū)別，即“氨在水中的溶解速率”和“氨極易溶解于水”是兩個(gè)不同的概念。個(gè)別學(xué)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(fā)生噴泉。學(xué)生提出的質(zhì)疑較為合理，在討論中進(jìn)一步明確需要探究的問題：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究氨氣在水中的溶解性，實(shí)驗(yàn)探究過程如下。

圖1

首先引導(dǎo)學(xué)生回憶初中探究空氣里氧氣體積百分含量的實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過模仿和改造，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(jìn)入集氣瓶的四氯化碳的體積，計(jì)算氨氣在水中的溶解度。然而在實(shí)驗(yàn)方案論證時(shí)，學(xué)生再次提出質(zhì)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(shí)驗(yàn)方案則不能測定氨氣在水中的溶解度。分析中思維嚴(yán)密，有必要用實(shí)驗(yàn)探究氨氣在四氯化碳中的溶解情況。

圖2

學(xué)生很快聯(lián)想到二氧化硫溶解性的實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案如圖2。為了對比說明，還設(shè)計(jì)了氨氣在水中溶解的對比實(shí)驗(yàn)。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(shí)振蕩，觀察氣體的溶解情形。但觀察到的現(xiàn)象大出意料：盛水水槽中的試管適當(dāng)振蕩后，水面較快上升，最終試管內(nèi)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(jié)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(xué)生在課外重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。在教師的幫助下，采用注射器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。經(jīng)過分析和論證，最終提出的實(shí)驗(yàn)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(yīng)處，推動(dòng)事先裝有0.2mL水的小注射器，振動(dòng)注射器，測定溶解氨氣的體積。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，推動(dòng)小注射器，大注射器推桿迅速向內(nèi)移動(dòng)，同時(shí)振蕩注射器，10s左右就不再移動(dòng)，溶解氨氣30mL。形成的結(jié)論是：氨氣的溶解速率極快，溶解平衡時(shí)氨在水中的溶解度約為150，說明氨極易溶解于水。但所測數(shù)據(jù)與700體積有較大誤差，于是教師提供濃氨水的密度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，學(xué)生能計(jì)算出準(zhǔn)確的溶解度。為了解釋實(shí)驗(yàn)誤差，要求學(xué)生對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)水過少，針筒內(nèi)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(zhǔn)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(shí)驗(yàn)的結(jié)論學(xué)生不能接受，是由于間接認(rèn)知推理確實(shí)存在概念混淆的問題。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究與質(zhì)疑的交替和融合中，能更好地解釋學(xué)生自己的觀念。在實(shí)驗(yàn)情境中，提出問題，敢于質(zhì)疑，不迷信權(quán)威，秉承科學(xué)事實(shí)，是學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的提升的表現(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)中，不再僅停留在實(shí)驗(yàn)觀察層面上，而是更多地關(guān)注學(xué)生從觀察中形成化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和合理解釋的能力。最終在三次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和反復(fù)的實(shí)驗(yàn)探究中，實(shí)現(xiàn)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(xué)生的認(rèn)知認(rèn)同為基礎(chǔ)，通過同化和順應(yīng)實(shí)現(xiàn)對知識意義的深刻理解，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性的發(fā)展和個(gè)性化知識的形成。