有关含氮元素物质实验的改进及创新

摘要：以氨气喷泉实验、氨和氯化氢反应、铜与浓硝酸反应三个实验改进为例，让学生在掌握新知识的同时，借助化学实验，培养观察现象、分析问题和解决问题的能力；通过实验改进，开发学生潜能，发展学生个性，拓展学生视野。

关键词：实验改进与创新；氨气喷泉实验；氨和氯化氢反应；铜与浓硝酸反应

文章编号：1005–6629（2017）2–0069–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

化学是一门以实验为基础的自然学科，高中化学课程标准中明确指出要“树立绿色化学思想、形成绿色化学的观念”，表明绿色化学思想已成为化学课程与教学的一项重要的目标和内容。新课改理念中强调要突出化学实验在教育教学中的重要性。《基础教育课程改革纲要（试行）》中倡导学生要主动参与、乐于探究、勤于动手，提高搜集和处理信息、获取新知识、分析和解决问题以及交流与合作的能力，增强社会责任感；教师应创设能引导学生主动参与的教育环境，激发学生的学习积极性，培养学生掌握和运用知识的态度和能力，使每个学生都能得到充分的发展。

在高中化学教学中，人教版化学1（必修）教材第四章的氮族元素主要介绍含氮元素的物质，包括：氮气、氮的氧化物、硝酸及硝酸盐等。元素化合物在高中阶段属于重要的学习内容，对元素化合物的学习通过化学实验以及实验改进与创新来展开，有助于学生在学习掌握新知识的同时，借助化学实验培养观察现象、分析问题、解决问题的能力。通过实验改进，开发学生潜能，发展学生个性，拓展学生视野，提升学生的科学素养。本文主要以“氮族元素”为例，介绍几则有关含氮元素物质的实验改进，以供参考借鉴。

1 实验室制氨气及喷泉实验的改进

仪器：小试管、胶头滴管、圆底烧瓶（集气瓶等）、带导气管的单孔塞、矿泉水瓶、棉花、镊子

药品：氯化铵、氢氧化钠、浓氨水，红色石蕊试纸（或浓盐酸）、水

原理：NaOH固体溶于水放热，促进NH3·H2O分解放出NH3。

改进方案（见图1、2）：

改进优点：

（1）教材中的实验方案是对混合物氯化铵和氢氧化钙固体加热制备氨气，反应装置需要酒精灯进行加热[1]；而本改进实验装置简单，操作方便，不需要加热装置，只需要向盛有氯化铵和氢氧化钠混合物的试管中加入浓氨水于常温下即可快速制备氨气。

（2）喷泉实验改进后，实验现象明显，通过矿泉水瓶变形，可让学生直观地看到瓶内外形成了压强差。

2 氨气和氯化氢反应实验的改进实验

仪器：小试管、橡胶塞、注射器针头、棉花

药品：浓氨水、浓盐酸、冷水

原理：浓氨水和浓盐酸易挥发，气体相遇形成白烟。

NH3+HCl=NH4Cl

改进方案（见图3）：

改进优点：

（1）实验仪器常规，操作过程简单。

（2）药品用量少，只需向棉花上滴几滴浓氨水或浓盐酸，现象明显。

（3）实验在密闭仪器中进行，气体不会逸出，不会污染环境，体现绿色环保理念。

替代仪器：用带瓶盖的广口瓶，分别向瓶盖内部和瓶底部滴几滴浓氨水和浓盐酸即可（也可将广口瓶换成培养皿）；或用橡胶管连接的2个干燥管，挤压胶头滴管使少量浓盐酸或浓氨水进入干燥管中，打开止水夹，观察现象即可（如图4）；也可用图5装置进行该实验，两支注射器分别装浓盐酸和浓氨水，推动注射器压缩柄使少量试剂进入试管中即可观察实验现象。这些仪器改进均使氨和氯化氢反应在密闭容器中进行，不会污染环境，虽然药品用量极少，但现象非常明显。

3 铜与浓硝酸反应实验的改进

3.1 改进一[2]

仪器：烧杯、2支塑料注射器（规格：5mL和20mL）、塑料输液袋（规格：100mL）

药品：细铜丝、浓硝酸、蒸馏水

实验原理：

铜与浓硝酸反应产生红棕色气体二氧化氮，二氧化氮遇水反应产生无色气体一氧化氮，一氧化氮遇空气又变为红棕色气体二氧化氮。

Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

3NO2+H2O=2HNO3+NO

2NO+O2=2NO2

改进方案（见图6）：

用一注射器吸取少量浓硝酸（约2mL）注入空的透明塑料输液袋。将细铜丝绕成圈放于另一注射器内，排除空气，插入上述装有浓硝酸的塑料输液袋，抽提注射器压缩柄使袋内浓硝酸进入针筒内。观察反应现象一段时间后，按下注射器压缩柄，使注射器内的气体、液体进入输液袋内，拔出注射器。用注射器向输液袋中注入蒸馏水（约10mL），充分振荡，产生的红棕色气体NO2与H2O充分反应，观察到红棕色气体变为无色气体NO。再用注射器向输液袋中注入空气（约15mL）（注：此时不振荡），NO与O2反应，观察到无色气体又变为红棕色气体NO2。充分振荡，观察到红棕色气体又变为无色气体NO。

改进优点：

（1）实验装置简单，不仅节约材料和药品，且操作方便，现象明显，具有趣味性。

（2）实验便于控制，可随时停止，操作安全。

（3）突出环保意识，虽然实验中产生NO和NO2都是有害气体，但在整个实验中没有泄漏，且尾气处理在密闭的体系内进行，不会造成环境污染，实现了实验的绿色化。

（4）输液袋还可以作为NO2气体的储存装置，便于取用。

（5）该装置具有多功能性：可作为NO2和NaOH溶液反应、NO与NO2混合气体和NaOH溶液反应、化学平衡移动知识中NO2和N2O4相互转化的实验装置，探究铜和浓硝酸反应溶液的颜色变化等。

3.2 改进二

仪器：大试管、小试管、橡胶塞2个、带胶头滴管的橡胶塞1个

药品：铜片、浓硝酸、浓氢氧化钠溶液

实验原理：

铜与浓硝酸反应产生红棕色气体二氧化氮和硝酸铜溶液，二氧化氮遇氢氧化钠溶液反应被吸收，硝酸铜溶液与氢氧化钠溶液反应产生蓝色沉淀。

Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O

Cu（NO3）2+2NaOH=Cu（OH）2↓+2NaNO3

改进方案（见图7）：

将放有铜片的小试管放入盛有少量NaOH溶液的大试管中，塞紧带胶头滴管（滴管内盛有浓硝酸）的橡胶塞，挤压滴管滴入几滴浓硝酸于小试管中与铜片接触，观察到有红棕色气体产生；停止反应时，倾斜试管使大试管中的氢氧化钠溶液与小试管中的溶液混合即可。

改进优点：

（1）实验操作简单，现象明显，在密闭体系中进行实验，对环境无污染，实现零排放，有利于学生树立环保意识。

（2）通过实验，让学生从氧化还原理论知识的角度，了解产物NO2和氢氧化钠的反应，掌握 NO2的尾气处理方法。

（3）倾斜该装置，使小试管内反应后的溶液和大试管中的溶液接触，观察现象——产生蓝色沉淀，引导学生分析推断其原因，即：产物Cu（NO3）2溶液和NaOH溶液发生了反应。

可将大小不同的两个试管换成其他仪器，如不同大小的培养皿[3]，或内部放小试管的广口瓶[4]（见图8），或连续反应装置[5]等。

化学实验是高中化学教学的重要手段，借助化学实验学生不仅可以学习掌握新知识，还可通过发现和改进化学实验的问题有助于培养学生的实验设计、改进与创新能力、实验观察能力、实验操作能力及表达能力，有助于培养学生创造性思维，开发学生潜能，发展学生个性。作为一线化学教师，在日常教学活动中，應重视对教材中现有的化学实验的改进与创新。

参考文献：

[1]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学1（第三版）[M].北京：人民教育出版社，2007.

[2]代黎娜，王小庆.铜与浓硝酸反应实验的创新[J].中国现代教育装备，2015，（10）：64～65.

[3]彭晓泉.铜与浓、稀硝酸反应的投影实验[J].中学化学教学参考，2002，（5）：43.

[4]李东林.铜和浓硝酸反应实验的改进操作[J].中学化学教学参考，1998，（8～9）：57.

[5]叶永谦，张贤金，吴新建.铜与浓、稀硝酸连续反应演示实验的再改进[J].化学教学，2016，（7）：60～63.