基于启普发生器的实验改进及原创试题命制

江西 谢叶归 陈根凤

氨气的制备实验是新人教版高中化学必修第二册第五章第二节氮及其化合物的内容。现行的教材中采用氯化铵和氢氧化钙固体在加热条件下进行氨气制备，在制备的过程中存在氨气易泄露等情况，使得教师一般选择不在课堂上进行演示实验。《中国高考评价体系》提出了“一核四层四翼”的基本内涵和要求，加强对探究与创新能力的考查，笔者尝试对氨气的制备实验进行改进，同时对创新型实验装置进行原创试题命制，以期对师生的高中化学学习有所帮助。

一、现行教材氨气的制备实验分析

表1 新人教版、新苏教版、新鲁科版实验室制氨气装置示意图

现行的三套教材均采用氯化铵固体和氢氧化钙固体在加热条件下制备氨气，实验装置类似。但在实际教学过程中，笔者发现此实验存在以下两个问题：首先，上述实验过程中耗能较大，不符合现在国家所提出的“碳中和”概念；其次，氨气在收集过程中容易泄露，污染环境。

二、氨气的制备创新实验改进

2.1 实验原理

2.2 实验器材及药品

实验器材：启普发生器、分液漏斗、集气瓶、烧杯、普通漏斗、止水夹、导管若干；

实验药品：NaOH固体、碱石灰、浓氨水、水。

2.3 实验步骤

①按照图1所示组装好装置，并检查装置的气密性。

图1 氨气的制备创新实验装置图

②向启普发生器中加入氢氧化钠固体，从气体出口处加入碱石灰，分液漏斗中加入浓氨水。

③打开分液漏斗及止水夹，逐滴加入浓氨水，产生的氨气用集气瓶进行收集，尾气用水处理。

2.4 改进后的创新点

①相对于现行教材中的传统实验，该实验过程中不需要额外消耗能量。

②实验整体化。整个装置组装简易，巧妙地将多个实验融为一体，将氨气的制取、干燥、收集、尾气处理相结合，有效提升实验的观察效果，激发学生探究化学实验的兴趣，同时，发展学生的化学核心素养。

③实验绿色化。相对于传统实验，操作简单，成功率高，教学效果好。同时，该实验药品利用率较高，减少了环境污染。通过此实验可培养学生的环保意识和绿色化学的理念。

④无需拆卸仪器，可反复多次实验。

三、基于启普发生器的原创试题命制

3.1 感悟高考真题

2017年中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于深化教育体制机制改革的意见》(以下简称《意见》)，《意见》指出，要注重培养支撑终身发展、适应时代要求的关键能力。在培养学生基础知识和基本技能的过程中，强化对学生关键能力的培养。培学生养创新能力，激发其好奇心、想象力和创新思维，养成创新人格；鼓励学生勇于探索、大胆尝试、创新创造。其中2017年全国卷Ⅰ第10题实验室用H2还原WO3制备金属W的装置引入启普发生器，让学生现场学习其类似于分液漏斗与锥形瓶的成套装置，该实验装置具有“随开随用、随关随停”等优点，很好地考查学生创新思维能力。

【例1】(2017·全国卷Ⅰ·10)实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图2所示(Zn粒中往往含有硫等杂质，焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气)。下列说法正确的是

图2

( )

A.①、②、③中依次盛装KMnO4溶液、浓H2SO4、焦性没食子酸溶液

B.管式炉加热前，用试管在④处收集气体并点燃，通过声音判断气体纯度

C.结束反应时，先关闭活塞K，再停止加热

D.装置Q(启普发生器)也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气

【答案】B

【解析】H2还原WO3制备金属W，装置Q用于制备氢气，因盐酸易挥发，则①、②、③应分别用于除去HCl和H2S、氧气、水蒸气，得到干燥的氢气与WO3在加热条件下制备W，实验结束后应先停止加热再停止通入氢气，以避免W被重新氧化，以此解答该题。

气体从焦性没食子酸溶液中逸出，得到的氢气混有水蒸气，应最后通过浓硫酸干燥，故A错误；管式炉加热前，应检验氢气的纯度，以避免不纯的氢气发生爆炸，可点燃气体，通过声音判断气体纯度，声音越尖锐，氢气的纯度越低，故B正确；实验结束后应先停止加热再停止通入氢气，使W在氢气的氛围中冷却，以避免W被重新氧化，故C错误；二氧化锰与浓盐酸需在加热条件下反应，而启普发生器不能加热，故D错误。答案为B。

3.2 原创试题命制

图3

下列说法错误的是

( )

A.加热前需先通入一段时间的H2

B.为保证H2的纯度，装置①中的锌粒可以用还原铁粉代替

C.装置⑤几乎不产生气泡，则该反应几乎完成

【答案】B

【原创试题2】图4为实验室制备氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O装置示意图，其中VO2+能被O2氧化，下列说法错误的是

图4

( )

A.装置①(启普发生器)也可用于实验室制备H2S气体

B.装置②中盛的试剂为饱和食盐水，其作用为除去CO2中的HCl气体

C.实验过程中应该先打开活塞K，再打开活塞b

D.实验③得到氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体表面含有氯离子

【答案】B

【解析】实验室可用ZnS或FeS固体与稀H2SO4反应制H2S，该反应可在启普发生器中发生，故A正确；装置②中盛的试剂应为饱和碳酸氢钠溶液，其作用为除去CO2中的HCl气体，故B错误；由题干可知，VO2+能被O2氧化，装置①是制取二氧化碳，装置②是除去杂质HCl，装置③中发生反应制取氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体，实验操作时，应该先制取二氧化碳，使二氧化碳充入整套装置后再打开b中活塞加入VOCl2溶液，制取晶体，防止VOCl2被氧化，故C正确；由反应原料VOCl2可知，实验③得到氧钒(Ⅳ)碱式碳酸铵晶体表面含有氯离子，故D正确。

图5

( )

A.实验过程中应先往三颈烧瓶中滴入H2SO4溶液，后打开启普发生器活塞

C.待三颈烧瓶和烧杯中产生气泡的速率接近相等时关闭启普发生器活塞

D.硫酸溶液的作用为使溶液酸化利于H2S逸出

【答案】A

四、复习与备考建议

实施新高考改革的省市，从2020年起，取消考试大纲，命题“依据高中课程标准，参考高考评价体系”。提出这一命题，是基于适应新时代对高考内容改革提出的新要求、新挑战。为此笔者提出如下建议以供参考：

4.1 深化课堂教学改革

按照教学计划循序渐进开展教学，提高课堂教学效率，以历年高考真题为导向，创新设计课堂实验，打破原有知识的孤立性和零散性，促进学生系统掌握各学科基础知识、基本技能、基本方法，培养适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。

4.2 深化试题命制改革