碳酸氫銨加熱分解反應實驗的改進

張靜

摘要： 傳統的碳酸氫銨固體加熱分解反應實驗存在一定的不足。采用常見的球形干燥管、拇指試管及水浴加熱等方法對該實驗進行改進，利用二氧化碳和氨氣在水中溶解能力的差異，有效分離產生的兩種氣體。改進后的實驗裝置簡單，操作方便，現象明顯，并可將該演示實驗安排為學生獨立操作的分組實驗。

關鍵詞： 碳酸氫銨分解； 實驗改進； 球形干燥管； 拇指試管

文章編號： 10056629（2023）08006403中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

1 傳統實驗方法存在的不足

在滬教版《化學》九年級上冊中，碳酸氫銨的受熱分解實驗，是學生進入化學學習后接觸到的第一個課堂演示實驗。教材中的實驗方法，是將碳酸氫銨放置在敞口的蒸發皿中，在空氣中用酒精燈進行加熱（見圖1）。該方法在實踐中存在諸多不足，主要是：蒸發皿不透明，很難觀察到實驗現象；三種產物無法有效確認；生成的氨氣直接擴散至空氣中，對師生健康及環境造成一定的影響。因此，實際教學中大多數教師改為以在試管中加熱碳酸氫銨的方式進行實驗（見圖2）。在試管中進行該實驗時，學生能觀察到試管內壁出現水霧，燒杯內的澄清石灰水變渾濁，但氨氣的生成并沒有明顯的現象，只能借助打開試管口膠塞進行嗅聞的方式來確認。同時，該實驗在試管中進行時，容易出現試管破裂，由于涉及到酒精燈等儀器的操作使用，無法讓剛接觸化學的學生親自動手實驗。

為了使該實驗現象更加明顯，操作更加簡單易行，還能讓學生親手實踐，

有效激發他們的學習興趣，筆者利用球形干燥管和拇指試管等簡單常見儀器，對該實驗裝置進行了改進。改進后的實驗獲得了2023年蘇州市中學化學創新實驗比賽一等獎。現介紹如下與大家分享。

2 儀器及藥品

實驗儀器：

球形干燥管1個（上口外直徑18mm，下口外直徑5mm，總長140mm）、拇指試管1個（直徑10mm，總長70mm）、直角導管2個（5×5cm、 5×12cm）、乳膠管1根、單孔膠塞1個、藥匙1把、燒杯2個（250mL， 100mL）、石棉網1個、彈簧夾1個

實驗藥品：

碳酸氫銨固體、變色硅膠（橙色）、無色酚酞試液、澄清石灰水、熱水（沸水）

本實驗所用變色硅膠為無鈷橙色硅膠，主要成分為二氧化硅，是一種環保型干燥劑，具有很強的吸濕能力。其外觀顏色會隨著吸濕量的增加由橙色逐漸變成藍綠色。

3 實驗裝置簡圖

實驗裝置簡圖如圖3所示。

4 實驗操作步驟、現象及原理

（1） 在大燒杯中倒入適量熱水（接近沸水為宜），將球形干燥管小口朝下放入燒杯中。此時熱水由球形干燥管小口進入，最終球形干燥管內液面與燒杯內液面齊平。

（2） 將盛有適量碳酸氫銨固體和橙色硅膠顆粒的拇指試管放入球形干燥管中，使得球形干燥管內液面高于藥品最高面。用帶有直角導管的單孔膠塞將球形干燥管大口塞住，并通過乳膠管與裝有澄清石灰水的小燒杯相連。

（3） 碳酸氫銨35～60℃分解為二氧化碳、氨和水［1］。拇指試管內的碳酸氫銨受到水浴加熱后迅速分解，固體表面產生大量氣泡，使澄清石灰水變渾濁。由于產生的二氧化碳在熱水中的逸出速率明顯大于溶解速率，因此大量的二氧化碳通過導管進入澄清石灰水中，使得澄清石灰水出現明顯的渾濁現象。

（4） 向大燒杯中滴加無色酚酞試液，燒杯內液體明顯變紅。由于氨氣極易溶于水，產生的氨氣大部分被球形干燥管內的水吸收，通過球形干燥管下口使得大燒杯中的水呈堿性。

（5） 用彈簧夾夾住乳膠管，球形干燥管內液面逐漸下降，大量氣泡從球形干燥管小口逸出，大燒杯內液體紅色逐漸變淺，并迅速退至無色。當乳膠管被彈簧夾夾住后，二氧化碳無法排出，只能在球形干燥管內聚積，使得球形干燥管內氣壓迅速增大，球形干燥管內的水被壓回大燒杯中。同時，一部分二氧化碳在壓力作用下溶于水中，使得溶液堿性減弱，酚酞試液由紅色逐漸變淺，直至完全退色。

（6） 實驗結束時，拇指試管內碳酸氫銨固體消失，留下較多無色液體，變色硅膠由橙色變為藍綠色，證明有水生成。

5 注意事項

5.1 水溫

溫度是影響碳酸氫銨固體分解速率的重要因素。此實驗適合在燒杯中加入沸水進行。

5.2 藥品濕度

碳酸氫銨固體的分解速率還受藥品本身濕度的影響。若取較為干燥的藥品進行實驗，反應速率明顯變緩。

5.3 滴加無色酚酞試液的時機

本實驗適宜在澄清石灰水明顯渾濁時滴加無色酚酞試液，此時也正是氨氣大量產生并溶于水的時候。若滴入時間過早，由于氨氣生成量較少，燒杯中水溶液堿性較弱，紅色不明顯。若滴入時間過晚，則由于氨氣揮發，水溶液的堿性已由強變弱，紅色亦不明顯。

6 實驗改進后的優點

6.1 用熱水浴的方式代替酒精燈加熱進行實驗

采用熱水浴進行加熱，既有易于控溫、受熱均勻等優點，又避免了酒精燈的使用，使得初學者也能上手操作。觀察反應時，水和玻璃相互作用，形成放大效應，使整個實驗過程與現象清晰明了。除加熱固體外，燒杯中的水還可以有效吸收產生的氨氣，有利于環保。

6.2 有效分離氨氣與二氧化碳兩種氣體

二氧化碳氣體在熱水中，溶解能力有所減小，在熱水中的逸出速率明顯大于溶解速率［2］，因此實驗中有大量二氧化碳氣體從導管導出，進入澄清石灰水中；而氨氣是一種極易溶于水的氣體，實驗中產生的氨氣大部分被球形干燥管中的水吸收，使得水溶液顯現堿性。

6.3 有效揭示二氧化碳氣體與氨氣的不同性質

二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁；氨氣溶于水呈堿性，使得無色酚酞試液變紅，這些明顯的實驗現象揭示了兩種氣體的不同性質。當借助彈簧夾使得兩種氣體混合進入熱水時，溶液顏色的變化可以激發學生對實驗中生成氣體的種類進行思考。借助這一實驗現象，即使是初次接觸化學的學生，也能判斷出生成的氣體不止一種，進一步可以推知這些氣體在水中能顯現出不同的性質，甚至可以相互作用，這就為今后進一步學習二氧化碳與氨氣的相關知識埋下了伏筆。

6.4 用橙色變色硅膠驗證水的生成

正式實驗前，用硅膠可以干燥碳酸氫銨固體（反應物），避免對后續反應產物中出現水造成干擾。對比反應后拇指試管中出現的較多液體以及硅膠顆粒的顏色變化，可證明分解反應有水的生成。

7 小結

7.1 要站在學生視角設計實驗

碳酸氫銨固體受熱分解，會產生氨氣、二氧化碳和水三種新物質，在常規實驗設計中，由于無法將氣體有效分離，只能采用相對獨立的實驗現象來分別說明三種物質的產生。例如：用無水硫酸銅的變藍證明水的生成；用石灰水變渾濁證明有二氧化碳生成；用潤濕的pH試紙或石蕊試紙的變色來證明氨氣的產生。這些對于具有一定化學知識的人來說，是順理成章的。但我們面對的是剛接觸化學的學生，并不知曉二氧化碳和氨氣的相應性質。使澄清石灰水變渾濁的氣體是否就是讓石蕊試紙變色的那種氣體呢？導管中究竟存在幾種氣體？這些都會使學生產生疑惑。我們在設計實驗時要注意實驗的嚴謹性，避免“先射箭后畫靶”的思維模式。

7.2 實驗設計要遵循裝置簡單、操作方便、現象直觀、綠色環保的原則

實驗是科學探究的重要形式和學習化學的重要途徑。中學化學實驗的重要意義在于讓學生親自動手，在實踐中培養核心素養與化學思維，因此，實驗改進或者創新的根本目的是服務于教學［3］。我們可以圍繞球形干燥管等眾多常規儀器，精心設計更多更好的、能讓學生親自動手的化學實驗，從而幫助學生理解科學知識、學習科學方法、增強環保意識、養成合作習慣、樹立節約理念，進而培養他們的創新精神和實踐能力。

參考文獻：

［1］周公度. 化學辭典［M］. 北京：化學工業出版社， 2003： 672.

［2］范玉英. 二氧化碳的性質探究實驗新設計［J］. 化學教學， 2023， （3）： 80.

［3］楊劍春. 淺談初中化學實驗改進［J］. 化學教與學， 2020， （7）： 75.