氨气的制备、性质及喷泉实验是新课程高中人教版化学必修1第四章第四节《氨 硝酸 硫酸》中的内容[1],其中,氨气的喷泉实验是高中化学重要的实验之一,现行教材的实验装置存在以下不足:(1)经典的实验室制法,加热氯化铵与氢氧化钙固体制取氨气,反应较为缓慢,耗时较长[2];(2)试管口用湿润的红色石蕊试纸验满,试纸变蓝现象不明显;(3)在开放的体系进行浓氨水与浓盐酸反应产生白烟的性质实验,由于浓氨水与浓盐酸易挥发、有刺激性,会造成环境污染[3];(4)氨气的制备、性质及喷泉实验存在不连续的缺陷,会造成气体的散逸[4],且操作繁琐。
之前,为此,有必要对实验进行优化改进,使得实验在节约时间、现象明显、操作简便以及绿色环保方面满足演示实验的要求[2]。本文利用常用的仪器制作了一套融合氨气的制备、验满、性质及喷泉实验于一体的实验装置,收到了很好的效果。
一、实验用品与装置
实验仪器:250mL锥形瓶(2个)、10mL注射器(4个)、球形干燥管(2个)、250mL圆底烧瓶、铁架台(带铁夹2个)、橡胶塞(4个)、橡胶管、止水夹(4个)、导管(2个)、带尖嘴的长导管、表面皿、棉花、镊子、T 形管。
实验试剂:浓氨水、浓盐酸、酚酞、蒸馏水、氢氧化钠固体、碱石灰。
实验装置及现象分别如图4-1、4-2 所示。
图4-1 实验装置
二、实验操作与现象
1.氨气制备:用注射器1 将3 mL浓氨水注入锥形瓶1中,与2 g片状NaOH 固体反应,产生的氨气经碱石灰干燥,收集于圆底烧瓶中。
2.氨气验满:球形干燥管口用滴有酚酞的湿棉花验满,棉花全部变红,说明氨气已经收集满。
3.喷泉实验:关闭止水夹1 和2,取下球形干燥管,打开止水夹1,用注射器2 向圆底烧瓶注入5 mL 蒸馏水,使氨气溶解,约5 s 后,打开止水夹3,锥形瓶2 内的酚酞溶液迅速倒吸入圆底烧瓶,形成红色喷泉。
4.性质实验:用注射器3 向锥形瓶1 内注入1 mL浓盐酸,瓶内立即产生大量白烟。
5.尾气处理:用注射器4 向锥形瓶1 内注入蒸馏水,进行氨气的尾气处理。
图4-2 实验现象
三、注意事项
1.制备氨气时,加入的浓氨水与NaOH 固体应该适量,保证产生的气体能够完成实验的需要,若过量,锥形瓶内1的压强增大,造成危险。(www.xing528.com)
2.待滴有酚酞的湿棉花全部变红后,再进行喷泉实验,保证圆底烧瓶收集的氨气更纯净,否则容易导致喷泉实验效果差,如溶液喷出的速度慢,喷入烧瓶内溶液的体积少[5]。
3.本次实验使用注射器添加液体试剂,易导致装置的气密性差,可在注射器管口缠生料带,增强密闭性。
四、实验反思与优点
1.节约时间:本次改进实验是对教材上三个实验的整合设计,实现了将氨气的制备、干燥、收集、验满、喷泉、性质实验巧妙地融为一体[6],全套实验用时不到三分钟,极大地节约了实验时间。
2.效果明显:滴有酚酞的湿棉花遇氨气迅速变红,喷入烧瓶的溶液可达烧瓶体积90% 以上。进行尾气处理时,由于锥形瓶1 内的压强迅速减小,实验时不需要推动注射器活塞,活塞仍可向下移动,实验效果非常明显,生动有趣,极大地激发学生的探究热情。
3.梦幻仙境:氨气与浓盐酸反应产生了白烟,恰似在锥形瓶中形成了一个朦胧缥缈,如梦如幻的仙境,给学生以美的感受。
4.节能环保:本次实验使用注射器加入液体试剂,氨的性质实验在锥形瓶中进行,实验结束后用蒸馏水进行氨气的尾气处理,这些操作既节约药品,又避免污染环境,树立学生的节能、环保意识。
5.一器多用:本装置还可以用于其他气体的制备、喷泉实验[6]。具体见表4-3。
表4-3 适合本装置的实验
参考文献:
[1]宋心琦.普通高中课程标准实验教科书:化学1(必修).3版.北京:人民教育出版社,2007:97-99.
[2]王晓瑜,冉鸣.氨气喷泉实验的一体化设计[J].化学教育(中英文),2018,39(19):52-53.
[3]张世勇,王历先.氨气的制取与性质实验改进[J].教学仪器与实验,2011,27(09):20.
[4]车琳.融气体制备、燃烧与喷泉实验于一体的实验装置[J].实验教学与仪器,2017,34(05):34+38.
[5]骆旭锋.“一器连用”氨喷泉实验的创新设计[J].中学化学教学参考,2017,(08):44.
[6]燕敏,莫尊理,苟如虎,等.气体喷泉实验装置的改进及应用[J].化学教育(中英文),2018,39(19):54-56.
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