对氨气喷泉实验的思考及其装置的可行性探究

成都外国语学校    王兰

［内容摘要］ 实验室制取氨气是普通高中课程标准实验教科书化学必修1中作出明确要求的气体实验室制备。氨气的喷泉实验是化学实验中一个重要的性质实验。教材中通过实验室制取NH₃的实验说明了氨气的产生原理、干燥、收集、检验方法，高考命题则将这些知识点迁移到实验原理和装置的创新中，考查学生的实验操作能力，逻辑分析能力及综合应用能力，这需要师生共同挖掘教材气体制备的内涵，培养学生多角度思考问题的习惯，注重“发散”和“求异”的思维的培养。本文将通过以小组为单位制作喷泉实验，实验结束后对装置的可行性探究，对实验过程的研究与总结，教师引导学生在课堂用开放性教学形式多角度引领学生，增强学生创新意识和发散性思维。启发学生主动探索，充分发挥学生在学习上的主动性和创造能力。 通过课堂实验教学能够培养学生实践能力，并让学生在实践的过程中感受化学学习的乐趣，从而激发同学们对理科学科的兴趣。

［关键词］  氨气的制备喷泉实验原理   实验装置的探究  小组合作探讨

一、喷泉实验及实验室制取氨气书中描述

1.实验4-8氨溶于水的喷泉实验

书中表述如：如图4-27，在干燥的烧瓶里充满氨，用带有玻璃管和滴管 （滴管里预先吸入水）的塞子塞紧瓶口。倒置烧瓶，使玻璃管插入盛有水的烧杯（预先在水里滴入少量酚酞溶液）。轻轻挤压滴管，使少量水进入烧瓶。 观察并描述现象。现象：分析出现这一现象的原因及可能得出的结论：

2.氨的实验室制法

书中将此实验内容放在氨气性质后，单独列出为第2部分。 表述如下：在实验室里，常用加热铵盐和碱的混合物的方法制取氨。由于氨易溶于水，常用向下排空气法来收集。教材上加热氯化铵和氢氧化钙的混合物制取氨（图略）

二、喷泉实验的化学原理

（1）氨为什么会形成喷泉？ 氨气极易溶于水。溶于水时，使烧瓶内压强急剧减小，瓶内外形成较大的压差；大气压将水压入烧瓶：（2）溶液为什么变为红色？氨气溶于水溶液显碱性。碱使酚酞溶液变成红色

• 实验设计过程（略）

四、对实验的分析

1.书中实验有多处值得思考：（1）书中将喷泉实验放在氨气的性质部分。 此部分是在课引入后不久。 该实验可以引起学生的学习兴趣与思考。这样做的不足之处是在讲述制备氨气之前就需要提前制取氨气，学生的认知还不够：（2）该实验常规的做法是，教师先在实验室里制好氨气，用塞子塞紧待用。 这里需要指出的是，依照书中瓶子（500mL圆底烧瓶），需要用到的氨气量比较大。 氨气量大就意味着耗药品多，耗时间多；（3）实验中用到的带有玻璃管和滴管的双孔塞准备起来比较困难。由于需要双孔，较小的塞子无法采用。正因如此，用双孔塞就意味着必须要用较大的集气瓶；（4）按照书中描述，如果一切准备妥当，不考虑教师的解说和预先的操作，学生在课堂上看到的操作步骤只有两个：一个是塞紧瓶口（将实心塞换成双孔塞；另一个是将滴管中的水挤入烧瓶中去。 当然书中描述还忽略了一个重要的操作：将胶管上的止水夹打开（注：这个操作在高考中曾经考过）。分析的结论是： 经过了艰苦的工作准备， 以及短暂的操作，学生会看到十秒左右的实验现象。 那红色的喷泉可以说明两个结论：氨气极易溶于水；氨气与水反应生成碱性物质。 分析现象与结论间的联系是简单的、易懂的。如此可以发现此实验的一个缺点：不经济。 完成这个实验需要花去较多的时间和物力。在保证实验效果的基础上，完全可以通过实验的改进使实验更加节约与经济。

2.对氨的实验制法的分析

实验室制取氨是一个成熟的实验。 书中表述：“常用加热铵盐和碱的混合物的方法制取氨。 ”实际上，氨气的实验室制取方法是多样的：有采用加热浓氨水的方法，也有向氢氧化钠固体上滴加浓氨水的……但从主干知识角度出发，铵盐与碱的反应仍然重要。 但从反应的机理讲，此反应是复分解反应：不挥发的碱，制挥发的碱。

3.实验结果的分析

教师此时要抓住学生实验过程中的疑惑，带进教学过程。培养学生在学习过程中善于捕捉问题、敢于提出问题的能力。学生分组讨论交流解决方案：学生 1：喷泉没有充满整个烧瓶是因为烧瓶中没有收集满氨气，不“喷”可能收集太少了，氨气收集满就能喷满整个烧瓶了；学生 2：“喷”不起来也可能是一开始的圆底烧瓶不是很干燥，收集的氨气已经溶于水了，一定要用干燥的圆底烧瓶；学生 3：两个装置分开容易漏气，能不能把两个装置合并起来呢？那样就不会泄漏了；学生 4：那橡皮塞上要再加两个孔，一个用作氨气进气，一个用来排出空气；学生 5：橡皮塞上孔太多了，能不能合并掉一些？学生 6：能不能用浓氨水加热制备氨气？学生 7：加热也容易有氨气漏出的。学生 8：或者把浓氨水滴到碱石灰中制备氨气，需要多少滴多少，可以控制量。

讨论结束后，由各组代表展示改进后的方案：（图略）方案 1：如图 4－3 搭建装置，烧杯中均盛放滴有酚酞的水。打开活塞 a、c，关闭 b，加热试管制备氨气。当倒置漏斗的烧杯中出现红色时撤去酒精灯。等气体不再生成，关闭活塞 a、c，打开 b。挤压胶头滴管，可产生喷泉；方案 2：如图 4－4 搭建装置，试剂同方案 1。打开活塞 a、c，关闭 b，加热试管制备氨气。当倒置漏斗的烧杯中出现红色时关闭 c，打开 b。当中间烧杯中出现红色时撤去酒精灯、关闭 a，即可产生喷泉；方案 3：如图 4－5 搭建装置。打开活塞 a、c，关闭 b，逐滴滴加浓氨水，迅速产生氨气。当气球体积稍大于烧瓶体积时，停止递加浓氨水，关闭活塞 a、c，打开 b。挤压胶头滴管，可产生喷泉。

五、实践改进方案，总结优化设计

喷泉实验装置是否可以进一步优化和改进，使实验过程更加简单快捷？能否用家庭随手可得的用品搭建实验装置？利用喷泉实验的原理，除了氨气，能否用其他气体进行喷泉实验？请学生课后利用网络、杂志、参考书等校内外课程资源查阅资料，整理可能的喷泉实验试剂和装置。教师引导学生课堂之后继续思考相关问题，用开放性教学形式多角度、多侧面引领学生，激发学生思维的积极性和创造的火花，增强学生创新意识和发散性思维。

学生作业成果节选：（图略）“喷泉实验”是高中化学教学中的重要实验教学内容，与传统的教师演示教学模式相比，像这样带有研究性学习的课堂教学模式构建，突破了以课本为中心的模式，学习内容虽源于教材，但远远超越了教材，围绕一个问题去延伸，使内容更充实，方法更灵活，研究更透彻，更有利于学生把问题理解得更透彻，学以致用，增强了学生的文化自信；特别是在实验探究过程中，学生学到了书本中没有的知识，有效地培养了学生自主探究、自主发现问题的能力。学生在学习的过程中所反映出来的自主性、探索性和合作性，也正是实现化学实验教学目标的多元化；也只有这样，才能让学生真正地成为学习的主人，才能充分调动学生学习积极性，从内而外的体验到学习的乐趣，才能使学生获得可持续发展的学习能力。同时适当的课后作业也培养了学生查阅资料的能力与习惯。