創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教育教學(xué)的研究設(shè)立

李婭

摘?要：氨氣是中學(xué)階段接觸的唯一堿性氣體，對(duì)于初學(xué)者而言，對(duì)氨氣性質(zhì)的理解來源于操作簡單、現(xiàn)象明顯的噴泉實(shí)驗(yàn)。而對(duì)氨氣噴泉實(shí)驗(yàn)本質(zhì)原理的透徹分析后，便能對(duì)其他的氣液噴泉實(shí)驗(yàn)類型進(jìn)行舉一反三，所以氨氣噴泉實(shí)驗(yàn)的地位舉足輕重。為培養(yǎng)創(chuàng)新型師資，提高師生的探究意識(shí)，結(jié)合教材實(shí)驗(yàn)的一些不足之處，本文設(shè)立了的將氨氣的制取、收集、性質(zhì)及噴泉實(shí)驗(yàn)融為一體的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)效果非常明顯，既有利于改善原始實(shí)驗(yàn)的不足之處，又有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與探究意識(shí)。

關(guān)鍵詞：氨氣噴泉實(shí)驗(yàn);一體化;實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

中圖分類號(hào)：G4???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2022.16.084

0?引言

高中化學(xué)中，抽象、繁雜是大多數(shù)學(xué)生對(duì)化學(xué)的整體認(rèn)知，所以在教學(xué)中，演示實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)枯燥的化學(xué)知識(shí)有莫大的幫助。對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，毋庸置疑，是高中化學(xué)教學(xué)改革推進(jìn)的必然。氨氣是高中階段唯一接觸的堿性氣體，該氣體極易溶于水的性質(zhì)以及其水溶液呈堿性的性質(zhì)在高中階段都是非常重要的知識(shí)。噴泉實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)在高中化學(xué)必修一第四章第四節(jié)，可通過該實(shí)驗(yàn)非常明顯的宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讓學(xué)生明確氨氣主要的兩個(gè)性質(zhì)（氨氣易溶于水、氨氣水容易呈堿性）。2020年全國Ⅲ卷高考第十題便考查到了學(xué)生對(duì)噴泉實(shí)驗(yàn)原理的理解，如圖1所示，在氨氣噴泉實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)進(jìn)行延伸，如果不借助實(shí)驗(yàn)演示，學(xué)生很難理解掌握這些性質(zhì)。

（2020全國Ⅲ.?10）噴泉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。應(yīng)用下列各組氣體—溶液，能出現(xiàn)噴泉現(xiàn)象的是（??）。

氨氣的噴泉實(shí)驗(yàn)很好地同時(shí)詮釋了氨氣這兩個(gè)性質(zhì)，所以對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的演示顯得非常有必要。必修一教材上對(duì)其實(shí)驗(yàn)的操作示范是：提前制備、收集好純凈干燥的氨氣并密封保存好，在課堂上將收集好氨氣的圓底燒瓶瓶塞換成演示噴泉實(shí)驗(yàn)時(shí)要用的帶有膠頭滴管、長玻璃導(dǎo)管的瓶塞，再進(jìn)行氨氣的噴泉實(shí)驗(yàn)演示，如圖2所示。

教材中設(shè)計(jì)原實(shí)驗(yàn)裝置及方法存在較多缺點(diǎn)：（1）從收集好到演示噴泉實(shí)驗(yàn)過程中，需更換塞子，容易造氨氣泄露，污染環(huán)境，不符合綠色化學(xué)的思想;（2）若氨氣泄露，會(huì)造成噴泉實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯;（3）此種設(shè)計(jì)，要求收集氨氣的圓底燒瓶必須足夠干燥，不然就有可能現(xiàn)象不明顯;（4）試劑藥品用量較大;（5）在操作過程中，發(fā)現(xiàn)打膠頭滴管的塞子并不好操作，容易造成漏氣，從而演示不成功。

本著以上這些的劣勢(shì)，本文計(jì)劃將氨氣的制取、收集、噴泉實(shí)驗(yàn)及性質(zhì)檢驗(yàn)進(jìn)行一體化完成，讓操作更簡便、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的角度，對(duì)該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，既可以保證在課堂上短時(shí)間內(nèi)有效演示，又可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。

1?實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

1.1?裝置的創(chuàng)新與改進(jìn)

為使整個(gè)裝置的課堂演示更方便、高效，筆者將氨氣的制取、收集、噴泉實(shí)驗(yàn)三者融為一體。氨氣的制取和噴泉實(shí)驗(yàn)的引發(fā)都改為注射器，對(duì)試劑的需求量更少，操作更方便，此裝置可隨關(guān)隨停，為防止過量的氨氣逸出污染環(huán)境，設(shè)置了尾氣處理裝置，以便增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

1.2?原料改進(jìn)

教材實(shí)驗(yàn)制取氨氣是將固體氫氧化鈣與固體氯化銨混合加熱，采用向下排空法收集氨氣，并用濕潤紅色石蕊試紙驗(yàn)滿，此方法耗時(shí)較長，且無尾氣處理，不便于進(jìn)行課堂演示。

為能快速收集滿氨氣，筆者選用在氫氧化鈉固體上滴加濃氨水可以快速制取氨氣，操作方便、無需加熱，速率快，滿足課堂演示實(shí)驗(yàn)的需求。

2?實(shí)驗(yàn)裝置及原理

整套改進(jìn)裝置如圖1所示，強(qiáng)氧化鈉溶于氨水使平衡體系中氨氣濃度增大，再利用氫氧化鈉的溶解放熱，使氨氣從溶液體系中逸出從而制備氨氣，產(chǎn)生的氨氣進(jìn)入圓底燒瓶，多余的氨氣進(jìn)入尾氣處理裝置。待氨氣收集滿后，將注射器中的水注入圓底燒瓶，氨氣極易溶于水，迅速溶解，形成負(fù)壓，大氣將燒杯內(nèi)的水壓入燒瓶，形成噴泉。

3?改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

3.1?實(shí)驗(yàn)用品

實(shí)驗(yàn)儀器：250mL圓底燒瓶、500mL燒杯（2個(gè)）、大試管、針管2個(gè)（30mL、5mL）、橡膠塞1個(gè)、止水夾3個(gè)、乳膠管。

實(shí)驗(yàn)試劑：濃氨水、氫氧化鈉（固體）、蒸餾水、酚酞溶液等。

3.2?實(shí)驗(yàn)操作過程及現(xiàn)象

（1）連接好裝置如圖3所示，檢查好組裝裝置的氣密性。

（2）向A燒杯內(nèi)盛有3/4的蒸餾水（提前滴加幾滴酚酞，B燒杯內(nèi)盛有少量蒸餾水尾氣處理）;試管中轉(zhuǎn)入少量強(qiáng)氧化鈉固體，試管上方的注射器里裝入約20mL左右的濃氨水;圓底燒瓶下方的注射器中加入約5mL的蒸餾水。

（3）關(guān)閉止水夾b，打開止水夾a和c，把濃氨水緩慢注入試管內(nèi)，可以觀察到試管及B燒杯均有大量氣泡產(chǎn)生，說明氨氣正在產(chǎn)生并收集，直至收集滿氨氣為止（B燒杯無氣泡時(shí)）。

（4）等試管內(nèi)的反應(yīng)結(jié)束時(shí)，關(guān)閉止水夾a、c，將燒瓶下方注射器中的注入圓底燒杯后，打開止水夾b，可以看到A燒杯內(nèi)酚酞溶液沿導(dǎo)管上升逐漸進(jìn)入到燒瓶內(nèi)，形成非常明顯的紅色小噴泉，如圖2所示（依次為：未形成、充入1/3/、2/3、充滿）。

圖4?氨氣的噴泉實(shí)驗(yàn)過程

3.3?實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

（1）本實(shí)驗(yàn)將氨氣的制備、收集、性質(zhì)的驗(yàn)證及尾氣處理等多合一，可以在一套裝置中將氨氣的多個(gè)知識(shí)進(jìn)行整合性學(xué)習(xí)、系統(tǒng)性學(xué)習(xí)。

（2）氨氣的制備、收集、噴泉實(shí)驗(yàn)演示操作簡便，隨用隨開，隨關(guān)隨停。所涉及實(shí)驗(yàn)不需分步進(jìn)行，不需加熱、換瓶操作，可以一氣呵成，步驟不繁瑣，操作簡單。

（3）符合綠色化學(xué)理念：涉及實(shí)驗(yàn)試劑原料使用量少，強(qiáng)氧化鈉固體只需要幾克，濃氨水10mL便可以收集滿一圓底燒瓶，體現(xiàn)節(jié)約型原則;產(chǎn)生多余的氨氣進(jìn)行尾氣處理，不存在氨氣泄露污染環(huán)境的問題。

（4）演示現(xiàn)象明顯，可連續(xù)使用，燒瓶無需干燥，實(shí)驗(yàn)引發(fā)快速，整個(gè)操作在3min內(nèi)便可完成，有利于做課堂演示實(shí)驗(yàn)。

4?注意事項(xiàng)

要達(dá)到本實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟谡n堂上廣泛應(yīng)用，現(xiàn)象必須迅速且明顯，必須做到以下兩點(diǎn)：

（1）裝置的氣密性要好，否則收集氨氣收集不滿，難以達(dá)到明顯的噴泉效果或者難以將噴泉充滿整個(gè)燒瓶。

（2）濃氨水的量不要少于10mL，否則充不滿250mL圓底燒瓶;注射器中的蒸餾水不要少于5mL，否則內(nèi)外壓強(qiáng)差不明顯，形成的噴泉效果不明顯。

參考文獻(xiàn)

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