氨气“喷泉”实验的创新设计

湖北省随州市第二中学(441300) 杜建功

1 问题的提出

目前，人教2019版高中化学教材必修2上，证明氨气极易溶于水(约1∶700)及相关性质的实验是采用固体NH4Cl和Ca(OH)2共热，先制取氨气，再进行后续实验。但在实验过程中常因收集氨气的烧瓶不干燥或空气潮湿，收集量不足等不易成功。如何才能简单、快捷、高效、环保地实现相应教学目标？尤其是如何借助化学实验有效培养学生的核心素养是广大教师共同关心的问题。

带着上述问题，笔者组织化学研究性学习小组的学生们，结合化学实验探究性原则(假设→验证→假设→验证……)、趣味性原则(本实验设计具有很强的趣味性，学生们乐于参与探究)、简约性原则(符合中学化学实验室实际，操作简单、现象明显)、科学性原则(设计原理与所学化学、物理理论知识、实验方法一致)、人文性原则(既能提高实验效果，同时注重体现绿色化、安全性)，改进实验方案，形成了下述实验改进方案。而运用现代传感技术，可以对“喷泉”实验进行进一步的拓展，并且可以使实验定量化、形象化、图形化。

2 改进后的实验装置及操作

2.1 实验原理

现改用向生石灰中滴入浓氨水，利用CaO与H2O反应并放热，同时增大氢氧根离子浓度，促使浓氨水中的一水合氨分解，瞬间产生大量氨气：CaO+NH3·H2O(浓)=NH3↑+Ca(OH)2。

同时，由于加入了三通阀，既顺利实现了预期的实验目标，又对尾气进行了吸收，体现了实验的科学性、简约性、安全性和环保性。

经过笔者与同行、学生多次实验，该方法快速简便，药品价廉易得，即便用不太干燥的烧瓶收集氨气作喷泉实验，由于烧瓶内外压强差特别大，也能确保实验成功，演示实验效果相当好，便于推广应用。

2.2 实验仪器和用品

试剂：新制生石灰、浓氨水、酚酞试液、水等。

实验仪器：锥形瓶、圆底烧瓶、分液漏斗、普通漏斗、烧杯、三通阀、导管、止水夹、橡皮管、橡皮塞等。

2.3 实验装置

实验装置如图1所示。

图1 实验装置

2.4 实验操作

(1)向锥形瓶中加入新制CaO，分液漏斗中加入浓氨水，连接好装置。

(2)拧动三通阀，使氨气发生器与烧瓶相通。

(3)打开分液漏斗活塞，向锥形瓶中滴入一定量的浓氨水，立即可见导管a下端有大量气泡冒出。

(4)稍候，待烧杯中的酚酞试液完全变红后，再拧动三通阀使多余氨气通入尾气吸收装置，此时a管液面迅速上升，形成美丽的红色喷泉。

2.5 实验注意事项

(1)所用试剂规格要符合要求，应用新制生石灰和浓氨水。

(2)实验时要控制好浓氨水的滴入速度，分液漏斗的活塞不要开得太大，以免产生氨气过多而冲开锥形瓶或烧瓶的活塞。

(3)步骤4不要急于求成，一定要等烧瓶内空气排尽后(酚酞试液完全变红)，再拧动三通阀。

3 改进后实验的优点

(1)利用上述改进实验，实验成功率几乎百分之百，且多余的氨气被完全吸收，有效地防止了氨气污染空气，既保障了师生的健康，又增强了学生的环保意识，体现了绿色化的设计理念。这种设计及改进对培养学生的核心素养(变化观念、证据推理、科学探究、社会责任等)可以起到一定的促进作用。

(2)若在烧瓶中先收集满HCl气体，则可观察到“喷烟”现象，即发生化学反应：NH3+HCl=NH4Cl(白烟)，可进一步深入进行相关实验探究。

(3)若换为其他气体和液体，什么情形下亦可达到类似的实验效果，值得探究。

(4)运用现代传感技术测定氨气“喷泉”实验中的压强来认识实验的原理，如图2所示，可电脑绘制三颈烧瓶内压强变化，这样就将本实验定量化、数据化、图形化了，这些有待于笔者及同行们继续深入探究。

图2 利用传感技术的测定氨气“喷泉”实验