氨氣的制備及性質探究一體化實驗

林夢思

摘要：針對新人教版高中化學必修2教材中關于氨氣的3個演示實驗方案的不足，經過查閱文獻和反復研究，設計了集氨氣的制備、收集、性質探究及尾氣處理于一體的創新實驗裝置。改進后的實驗方案操作簡便、成功率高、安全環保，實驗現象新奇有趣，既能進行課堂演示實驗，又能讓學生自行動手完成，提高學生的實驗操作能力和創新意識。

關鍵詞：氨氣；一體化；實驗改進

文章編號：1008-0546（ 2022）11x-0084-03

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

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

一、問題的提出

現行新人教版高中化學必修2教材中，針對氨氣的制備與性質共設計了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、儲存等環節都容易造成氨的泄漏，不能保證實驗成功率，并且污染環境。該實驗對氨氣和收集氨氣的裝置的干燥程度要求高，稍有水分易導致實驗失敗。[1]

3．噴泉顏色變化單一

噴泉實驗現象震撼，可以激發學生學習化學的興趣，但教材上噴泉實驗的顏色變化僅僅是由無色變為紅色，略顯單一。[2]

4．白煙實驗固體產物不明顯

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，相互靠近后發現有白煙生成，說明NH3能與HCI化合生成NH4Cl（白煙）。該實驗方案的優點是操作簡便、現象直觀，但也有明顯的不足之處。[1]一是在開放環境中進行實驗，NH3與HCl泄露在空氣中，污染環境；二是玻璃棒上蘸取的試劑量有限，反應現象微弱，后排的學生可能無法觀察到白煙。

5．沒有一體化

分開進行氨氣的制備、收集、噴泉實驗以及白煙實驗，過程比較繁瑣、耗時長，不利于學生系統建構主干實驗知識體系。

針對以上不足，筆者經過查閱文獻和反復研究，設計了集氨氣的制備、收集、性質探究及尾氣處理于一體的創新實驗裝置。

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、彎導管4根、直導管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；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，因此氨氣能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍。

3．氨氣與酸的反應

濃氨水易揮發出氨氣，可以與揮發性酸（如濃鹽酸）反應產生白煙（NH4CI固體顆粒）。

NH3+ HCl= NH4Cl

4．噴泉實驗

紫甘藍溶液中含有豐富的花青素，在不同的pH下可呈現出不同的顏色（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），將注射器中的水擠入礦泉水瓶后，氨氣迅速溶解，使得瓶內壓強迅速減小，燒杯中的紫甘藍溶液被壓入瓶中，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燒杯中的導管末端有氣泡冒出，再將活塞恢復原狀，導管內形成一段相對穩定的水柱，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的紫甘藍溶液，向250 mL燒杯加入約200 mL蒸餾水，最后在右側彎導管處放置好濕潤的紅色石蕊試紙。

關閉止水夾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，250 mL燒杯中的漏斗下端很快產生氣泡，右側彎導管處的紅色石蕊試紙變藍，說明兩個礦泉水瓶的氨氣已經收集滿。待廣口瓶中反應停止時，先后關閉止水夾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燒杯中的紫甘藍溶液沿玻璃管急速上升，進入礦泉水瓶中形成噴泉。由于噴入礦泉水瓶內的紫甘藍溶液由少漸多，使得瓶內溶液的pH值不斷變化，故噴泉顏色呈現了“紫色一藍色一青色”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，向左側礦泉水瓶中注入約1 mL濃鹽酸，瓶內立即產生大量白煙，瓶身逐漸變癟，并可看到瓶壁或瓶口有白色固體物質生成。

5．尾氣處理

實驗完畢后，打開止水夾D，對裝置內剩余的氨氣進行尾氣吸收處理。

五、實驗改進的優點

1．實驗設計綜合性強

該實驗將氨氣的制備、性質探究以及尾氣處理綜合在一起進行了一體化設計創新，能讓學生親眼看到氨氣的制取和收集，感受“噴泉”和“白煙”產生的過程，從而完成對主干實驗知識體系的系統構建。

2．微型微量、省時高效

該裝置能在8 min內完成氨氣的制取、收集、性質探究與尾氣處理。與傳統實驗相比，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，減少了教師的準備工作量。

3．凸顯綠色化學理念

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，引導學生樹立環保意識，凸顯綠色化學理念。

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、儲存等環節造成的氨氣泄漏；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，經濟便利；其次，礦泉水瓶質地較軟，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，利于學生理解氨氣極易溶于水且溶解度大的性質。[3]

6．實驗現象趣味性強

本實驗用紫甘藍溶液代替常規的水加酚酞溶液，使得噴泉產生多彩的顏色變化，同時利用氨氣易與氯化氫反應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，提高學生對化學的濃厚興趣。[2]

六、實驗注意事項

開始實驗前必須進行裝置的氣密性檢驗。

根據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、結語

本實驗將氨氣的制取、收集、驗滿、性質探究及尾氣處理進行綜合，克服了已有噴泉實驗的不足，實驗成功率提高，實驗現象也更加明顯，給學生帶來強烈的視覺、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行課堂演示實驗，又能供學生自行完成，在幫助學生系統建構實驗知識體系的同時，培養學生的創新能力、科學精神和環保意識。

參考文獻

[1] 王秀榮，聞鈺，基于綠色理念的氨的制備及性質實驗創新設計[J]．化學教與學，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].大學化學，2020，35（04）： 43-49．

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