高中化学实验改进二则

钱海滨+项云

摘要：为了让学生亲自体验实验过程，减少化学试剂的用量，达到经济环保的目的，进行了喷泉实验装置的微量化设计和反应热实验装置的外显化设计。巧妙地固定好塑料针筒的活塞，收满氨气后把针筒下端插入滴有酚酞的水中，少量氨气便溶于水产生负压而引发喷泉；中和热测定保温杯的使用减少了反应热与周围环境的热交换，把具支试管和玻璃导管连接后插入品红溶液，反应时通过玻璃导管液面的变化来外显反应热。二则实验改进实现了反应试剂的微量化，简单易行、现象明显、经济环保、成功率高。

关键词：喷泉实验；中和热测定；微量化实验设计；化学实验改进

文章编号：1005–6629（2015）10–0068–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 便于分组实验的氨气喷泉装置的微量化设计

对于人教版高中《化学1》（必修）中“氨气的喷泉实验”[1]人们已做了不少探究改进[2～4]，但以往的改进大多是基于教师的课堂演示，改进后所用的仪器和接口较多，密封性相对较差，且操作过程冗杂，不利于学生动手和分组实验的开展；有的改进则趣味性过强[5]，易分散学生的注意力而影响关键现象的观察思考，显得华而不实。真正做到减少试剂用量、便于学生分组实验的改进鲜有报道。课堂上如何让学生能亲自体验喷泉的形成呢？作为一线教师，每当教到“氨”这一内容时，总期望解决这一困扰多年的问题。经反复探究终于设计出一种便于学生分组实验的微量化喷泉实验装置，通过课堂实践获得了期待已久的“尖叫声”。

1.1 微量化喷泉装置简介

学生分组实验，因药品和仪器的用量大，设计时要重点考虑以下几个方面：仪器简单、药品用量少、安全环保。氨气的喷泉实验，按传统方法做，不仅药品用量大、操作繁琐、占用课堂时间多，且往往由于装置的密封性等问题而导致实验失败，影响教学效果。为此我们设计了微量化喷泉实验装置，使氨气喷泉的分组实验在课堂上能顺利开展。

该装置如图1和图2所示：取一塑料注射器，拔出针筒内的活塞，在塑料长柄的凹槽处卡一自制铁卡（其作用是固定活塞，防止引发喷泉的负压把塞子吸到针筒底部而无法形成喷泉），塞上活塞后，再把针头插入橡皮塞而构成密闭体系。

1.2 喷泉实验微量化设计在分组实验中的应用

1.2.1 分组实验的药品及仪器

首先根据学生分组情况确定药品及仪器的数量，以48人的班级分成24个小组为例，准备如下：氨气制备装置一套（包括吸滤瓶1个、25%～28%的浓氨水1瓶、碱石灰1瓶）、酚酞滴瓶（24个）、20mL容量的塑料针筒（24个）、自制铁卡（24个）、软橡皮塞（24个）、250mL烧杯（24个）。

1.2.2 分组实验的方法及步骤

（1）按图2所示组装好仪器，检查装置的气密性（向上拉动活塞，松开后活塞又恢复到原处，表明气密性良好）。

（2）氨气的制备、收集：

①在通风橱中把适量的浓氨水和碱石灰分别加入分液漏斗和吸滤瓶中，打开分液漏斗活塞使浓氨水和碱石灰接触反应制备氨气。

②拉出针筒中的活塞后，塞紧针头，用向下排空气法收集一针筒氨气，收满后塞上卡有铁卡的活塞，得到充满氨气的密闭针筒。课前按此法依次收集好24个充满氨气的针筒。

（3）喷泉形成的操作：

①向盛有水的烧杯中滴入2～3滴酚酞。

②拔掉密闭针筒的针头，迅速将针筒下端插入水中，保持2～3秒，少量氨气便因分子扩散而自动溶解于水，产生负压引发喷泉，如图3所示。

1.3 本实验改进的优点

微量化喷泉装置接口少，密封性好，操作简单，现象明显，成功率高。用于学生分组实验，可大大减少实验仪器、节约化学试剂，便于教师课前准备。其突出优点是实现了化学试剂的微量化，使分组实验的试剂耗量大幅下降，全班分组实验的试剂总耗量与原来一次演示实验相当。这一改进在市级公开课的课堂教学实践中得到了同行们的赞赏，全班同学都亲自体验了喷泉的形成过程，整个实验在1分钟左右即完成，大大节省了课堂时间，提高了教学效率。用HCl代替氨气，本装置也可用于 HCl的喷泉实验，若把烧杯中的H2O换成NaOH水溶液，甚至可以做CO2、Cl2的喷泉实验。

2 反应热实验装置的外显化设计

反应热实验，尤其是热量变化比较小的化学反应，若装置保温效果差，加之外界环境温度的影响，化学反应的热量变化往往就难以察觉而影响课堂教学。如人教版高中《化学2（必修）》中“水合氢氧化钡和氯化铵的反应”[6]，课本上是通过玻璃片上的水结冰将烧杯和玻璃片粘在一起来说明该反应为吸热反应。但在实际教学中存在一些问题，如我们南方地区，气温较高，实验时玻璃片上的水不易结冰，即使加大药品的用量，实验也很难成功；另外，玻璃片粘在烧杯底部也不能说明一定是由于反应吸热造成的，因水的表面张力及局部气压的改变也会产生水对玻璃片的吸附作用。关于本实验的改进曾有过一些报道[7，8]，即使这些实验改进中水合氢氧化钡的用量都比较大（与课本上20克的用量相同），反应时的热量变化也不易被学生观察到。钡是第六周期的重金属元素，一个实验要耗20克钡的化合物，价贵且污染环境。如何在大大减少反应试剂用量的同时还能明显观察到反应热的变化呢？为此我们设计了反应热外显化的实验装置，通过外显方式直观反映出热量的变化。该装置灵敏度较高，即使微量试剂的反应，其热量变化也能灵敏地显示出来。

2.1 反应热外显化装置简介

该装置如图4所示，在具支试管口塞入带有玻璃管的单孔橡皮塞，玻璃管的上端连接带有止水夹的乳胶管（实验前可通过止水夹来调整体系的内外压强），用乳胶管把具支试管的支管口与直角玻璃导管连接，再把直角玻璃导管插入盛有品红溶液的试管而构成密闭体系。在中和热测定保温杯中放入一个50mL的小烧杯，盖上中间有孔的自制圆形硬纸板，再把上述构成密闭体系的具支试管通过硬纸板的孔插入小烧杯中，就得到了反应热外显化的简易装置。实验时在50mL的小烧杯中放入反应物并搅拌，迅速把上述具支试管插入反应物中，若导管中的品红液面上升，说明密闭体系内的空气遇冷收缩产生了负压，表明该反应为吸热反应，反之则为放热反应。

2.2 反应热外显化装置的应用

2.2.1 实验药品及仪器

中和热测定保温杯、小烧杯、具支试管、试管、玻璃导管、玻璃棒、乳胶管、止水夹、圆形硬纸板、单孔橡皮塞、药匙、Ba（OH）2·8H2O晶体、NH4Cl晶体、品红溶液。

2.2.2 实验方法及步骤

（1）组装装置：按图4组装好仪器，检查装置的气密性（夹好止水夹，手握试管，若导管中液面下降，表明气密性好）。

（2）调节液面：组装后的密闭装置，往往发现导管内的液面明显低于试管内的液面（由于塞紧橡皮塞时气压增大引起），实验时打开止水夹，让内外大气相通，当玻璃导管内外的液面相平后，再夹好止水夹，避免反应前产生的气柱妨碍对实验现象的观察。

（3）放入药品：将约1.3g Ba（OH）2·8H2O晶体与约1.5g NH4Cl晶体同时放入中和热测定保温杯中的50mL小烧杯内，用玻璃棒快速搅拌，盖上已插有具支试管的硬纸板，观察玻璃导管中品红溶液液面的变化。

（4）观察现象：学生很快就可观察到品红溶液液面不断地上升，在导管中形成了一段液柱，从而表明Ba（OH）2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应吸收热量。轻轻向上挪动硬纸板可闻到能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的无色气体的刺激性气味，表明反应产生了氨气。

2.3 本实验改进的优点

这一反应热的外显化装置，保温效果好、外显变化灵敏、简单易行，不受各地环境温度差异的影响，成功率高，品红溶液液柱的形成更有利于学生对温度变化的观察。具支试管内空气越多，插入品红溶液的玻璃导管越细，灵敏度越高，实现了有毒有害反应试剂的微量化，把课本上20克的Ba（OH）2·8H2O晶体用量减到1克左右，达到了经济环保的效果。如果不用课本上给定的化学试剂，我们还可用硝酸铵和氢氧化钙粉末进行吸热反应的实验，从而可以避免重金属化合物的使用与排放。

总之，上述两则实验通过对装置的改进，做到了化学试剂的微量化，实现了节约试剂、注重环保的目的，在课堂教学实践中取得了非常好的教学效果，值得推广使用。

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（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：97.

[2]刘新文，王灿，叶佩玉.喷泉实验装置的改进[J].化学教学，2010，（10）：12～13.

[3]陈雪泥.氨的产生和喷泉实验的改进[J].化学教学，2005，（7）：4～5.

[4]华文清.氨的喷泉实验创新设计[J].化学教育，2007，（9）：49.

[5]王治江，熊言林.另类喷泉实验例谈[J].化学教学，2003，（10）：10～11.

[6]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：34.

[7]蒯世定，刘怀乐.关于吸热反应实验的研究[J].化学教学，2002，（5）：12～13.

[8]李静雯，陈懿.吸热反应实验创新设计[J].化学教学，2015，（4）：53～55.