氨氣“噴泉”實驗的創新設計

湖北省隨州市第二中學(441300) 杜建功

1 問題的提出

目前，人教2019版高中化學教材必修2上，證明氨氣極易溶于水(約1∶700)及相關性質的實驗是采用固體NH4Cl和Ca(OH)2共熱，先制取氨氣，再進行后續實驗。但在實驗過程中常因收集氨氣的燒瓶不干燥或空氣潮濕，收集量不足等不易成功。如何才能簡單、快捷、高效、環保地實現相應教學目標？尤其是如何借助化學實驗有效培養學生的核心素養是廣大教師共同關心的問題。

帶著上述問題，筆者組織化學研究性學習小組的學生們，結合化學實驗探究性原則(假設→驗證→假設→驗證……)、趣味性原則(本實驗設計具有很強的趣味性，學生們樂于參與探究)、簡約性原則(符合中學化學實驗室實際，操作簡單、現象明顯)、科學性原則(設計原理與所學化學、物理理論知識、實驗方法一致)、人文性原則(既能提高實驗效果，同時注重體現綠色化、安全性)，改進實驗方案，形成了下述實驗改進方案。而運用現代傳感技術，可以對“噴泉”實驗進行進一步的拓展，并且可以使實驗定量化、形象化、圖形化。

2 改進后的實驗裝置及操作

2.1 實驗原理

現改用向生石灰中滴入濃氨水，利用CaO與H2O反應并放熱，同時增大氫氧根離子濃度，促使濃氨水中的一水合氨分解，瞬間產生大量氨氣：CaO+NH3·H2O(濃)=NH3↑+Ca(OH)2。

同時，由于加入了三通閥，既順利實現了預期的實驗目標，又對尾氣進行了吸收，體現了實驗的科學性、簡約性、安全性和環保性。

經過筆者與同行、學生多次實驗，該方法快速簡便，藥品價廉易得，即便用不太干燥的燒瓶收集氨氣作噴泉實驗，由于燒瓶內外壓強差特別大，也能確保實驗成功，演示實驗效果相當好，便于推廣應用。

2.2 實驗儀器和用品

試劑：新制生石灰、濃氨水、酚酞試液、水等。

實驗儀器：錐形瓶、圓底燒瓶、分液漏斗、普通漏斗、燒杯、三通閥、導管、止水夾、橡皮管、橡皮塞等。

2.3 實驗裝置

實驗裝置如圖1所示。

圖1 實驗裝置

2.4 實驗操作

(1)向錐形瓶中加入新制CaO，分液漏斗中加入濃氨水，連接好裝置。

(2)擰動三通閥，使氨氣發生器與燒瓶相通。

(3)打開分液漏斗活塞，向錐形瓶中滴入一定量的濃氨水，立即可見導管a下端有大量氣泡冒出。

(4)稍候，待燒杯中的酚酞試液完全變紅后，再擰動三通閥使多余氨氣通入尾氣吸收裝置，此時a管液面迅速上升，形成美麗的紅色噴泉。

2.5 實驗注意事項

(1)所用試劑規格要符合要求，應用新制生石灰和濃氨水。

(2)實驗時要控制好濃氨水的滴入速度，分液漏斗的活塞不要開得太大，以免產生氨氣過多而沖開錐形瓶或燒瓶的活塞。

(3)步驟4不要急于求成，一定要等燒瓶內空氣排盡后(酚酞試液完全變紅)，再擰動三通閥。

3 改進后實驗的優點

(1)利用上述改進實驗，實驗成功率幾乎百分之百，且多余的氨氣被完全吸收，有效地防止了氨氣污染空氣，既保障了師生的健康，又增強了學生的環保意識，體現了綠色化的設計理念。這種設計及改進對培養學生的核心素養(變化觀念、證據推理、科學探究、社會責任等)可以起到一定的促進作用。

(2)若在燒瓶中先收集滿HCl氣體，則可觀察到“噴煙”現象，即發生化學反應：NH3+HCl=NH4Cl(白煙)，可進一步深入進行相關實驗探究。

(3)若換為其他氣體和液體，什么情形下亦可達到類似的實驗效果，值得探究。

(4)運用現代傳感技術測定氨氣“噴泉”實驗中的壓強來認識實驗的原理，如圖2所示，可電腦繪制三頸燒瓶內壓強變化，這樣就將本實驗定量化、數據化、圖形化了，這些有待于筆者及同行們繼續深入探究。

圖2 利用傳感技術的測定氨氣“噴泉”實驗