原创《氨的制备与喷泉实验的一体化设计》
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华中师范大学化学教育研究所(４３００７９) 李晨晨 王世存
1 设计缘由
普通高中课程标准实验教科书中明确规定：氨气的实验室制法是学生必做实验之一,氨气的喷泉实验是化学实验中的一个重要的性质实验.关于氨的实验室制法和喷泉实验,教材中的方法存在以下缺点.
(1)酒精灯直接加热Ca(OH)2和NH4 Cl固体,反应后试管中容易形成块状物,难以洗涤干净.
(2)加热的试管口向下倾斜,即使不容易形成湿存水,但固体粉末下滑,易堵塞导管口,影响氨气的收集.
(3)用试管收集到的氨气会透过棉花散布到空气中,污染环境.
(4)演示喷泉实验时,实验要求氨气要充满,教材中用的是事先准备好的氨气,由于时间较长会造成氨气泄漏,并且学生没有亲眼看到氨气的制取过程,不利于学生实验知识的系统构建.
(5)采用玻璃管和胶头滴管的双口塞,增加了氨气的泄漏程度.
2 设计过程
2.1 仪器和药品的选择
酒精灯、15 cm×150 cm、20 cm×200 cm的试管各1支；5 mL带针头的注射器1支、铁架台、玻璃导管、试管夹、铁圈、干燥管、碱石灰、500 mL塑料瓶、烧杯、酚酞溶液、蒸馏水、热水、毛巾、量筒.
2.2 实验装置的一体化设计
2.3 实验步骤及现象
称取1 g NH4 Cl和1.5 g Ca(OH)z固体药品在研钵中充分研磨后均匀混合.向烧杯中加入适当的水,滴人几滴酚酞,振荡.按图1所示连接好装置,其中塑料瓶成瘪扁状（无气体）,小试管中装入混合均匀的Ca(OH)2和NH4 Cl粉末.
(1)检查气密性.推动注射器活塞,向装置中鼓人空气,塑料瓶鼓起,拉出注射器活塞,塑料瓶恢复瘪扁状,证明气密性良好.
(2)用量筒量取10 mL蒸馏水加入到大试管中,点燃酒精灯对大试管进行加热,可以看到小试管中混合物剧烈反应,产生大量气泡.产生的气体通过干燥管干燥后进人塑料瓶中,可以看到倒立的塑料瓶很快鼓起来,直至塑料瓶完全鼓起后,关闭止气夹K,同时熄灭酒精灯.
(3)用浸有热水的毛巾包裹塑料瓶,塑料瓶内气体体积受热膨胀,导致氨气气体逸出,并且与烧杯中的水反应,使压力骤减,烧杯中的溶液受大气压力作用进入塑料瓶,形成“粉色喷泉”.
3 设计评价
(1)因为反应发生的温度不需要太高,采用水浴加热的方法,避免了块状物的产生而造成的试管难以清洗的情况.
(2)水浴加热时装置竖直放置,消除了混合物下滑堵塞管口的现象,利于氨气的收集.
(3)采用塑料瓶收集氨气,阻止了刺激性气味的氨气排放到空气中,树立绿色化学思想和环境保护的意识.
(4)实验室制取氨气和喷泉实验同时进行,既让学生目睹了氨气的实验室制法和收集方法,又让学生见识了有趣的喷泉实验,增加了学生对化学学习的兴趣.
(5)用热毛巾代替胶头滴管.采用玻璃管和胶头滴管的双口塞,增加了氨气的泄漏程度.而采用单口塞,并用热毛巾代替胶头滴管,减少了氨气的泄漏程度.
(6)用塑料瓶代替烧瓶.塑料瓶简单易得,废物利用,经济环保.用塑料瓶收集氨气,注入水之后,软塑料瓶顿时变瘪,视觉效果好,学生很容易理解氨气极易溶于水且具有较大的溶解度的性质.
4 注意事项
(1)如果实验时间不充足,可事先向大试管中加入10 mL热水,减少加热时间.
(2)注射器插入橡胶塞时,缓慢用力插入,避免注射器针头断裂.
(3)装入注射器的空气尽量充满,否则气密性检验不佳或者塑料瓶鼓起不明显.
(4)如果热毛巾不足以让塑料瓶中气体受热膨胀,可稍微挤压一下塑料瓶,使瓶内氨气进入水中.
实验论文参考资料：
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