浅谈氨气溶解性

郭志菊

浅谈氨气溶解性

郭志菊

大理州巍山县第二中学 云南大理 672400

氨气喷泉实验是“氨气”教学的经典实验。鲜明的实验现象，能引起学生对学习内容的高度关注，促进学生对实验的观察与思考，从而建构氨气溶解性的知识。然而在实验情景之后，某些学生在分析实验现象后形成的结论是：氨气快速溶解，导致烧瓶内气体压强明显下降，产生一个较大的压力差，烧杯中的水被快速压入烧瓶中而出现喷泉，最终1体积水大约溶解1体积氨气。

原人教版教科书对喷泉现象的解释是：从喷泉实验可以看出，氨极易溶解于水，经实验测定，在常温、常压下，1体积水中能溶解约700体积的氨。课程标准实验教科书的描述是：氨极易溶解于水且溶解得快。在常温下，1体积水大约可溶解700体积氨气。通常教学中会引导学生分析：引发喷泉的水是少量的，且喷泉剧烈，利用间接认知方式形成结论，表现为简化的教学策略。然而对于经验不十分丰富的学生来说，存在理解上的困难。而且学生提出的问题确实存在两个概念的区别，即“氨在水中的溶解速率”和“氨极易溶解于水”是两个不同的概念。个别学生甚至还列举课外资料：只要1体积水能溶解40体积以上气体都能发生喷泉。学生提出的质疑较为合理，在讨论中进一步明确需要探究的问题：如何设计实验探究氨气在水中的溶解性，实验探究过程如下。

图1

首先引导学生回忆初中探究空气里氧气体积百分含量的实验，经过模仿和改造，设计的实验方案如图1。在集气瓶中收集一瓶干燥的氨气，用胶头滴管注入1mL水，摇动集气瓶。待溶解充分后，打开活塞，四氯化碳倒吸入装置中，用量筒测量进入集气瓶的四氯化碳的体积，计算氨气在水中的溶解度。然而在实验方案论证时，学生再次提出质疑：四氯化碳是否能溶解氨气呢？如果四氯化碳能溶解氨气，该实验方案则不能测定氨气在水中的溶解度。分析中思维严密，有必要用实验探究氨气在四氯化碳中的溶解情况。

图2

学生很快联想到二氧化硫溶解性的实验，设计的实验方案如图2。为了对比说明，还设计了氨气在水中溶解的对比实验。将两支盛满氨气的试管分别倒插在盛水、四氯化碳的烧杯中，并不时振荡，观察气体的溶解情形。但观察到的现象大出意料：盛水水槽中的试管适当振荡后，水面较快上升，最终试管内几乎全部充满水，四氯化碳的液面也能缓慢升高，10min后高度几乎相同。形成的结论是：氨气在水中溶解速率快，而在四氯化碳中溶解速率较慢。

图3

由于氨气能被四氯化碳溶解，寻找合适的倒吸液体较为困难，只好安排学生在课外重新设计实验方案。在教师的帮助下，采用注射器设计实验方案。经过分析和论证，最终提出的实验方案如图3：在注射器中收集50mL氨气，用单孔橡皮塞（未打通）堵住注射器的溶置口，用带针头的小注射器（皮试用）插在橡皮塞外与溶置口相对应处，推动事先装有0.2mL水的小注射器，振动注射器，测定溶解氨气的体积。

实验时，推动小注射器，大注射器推杆迅速向内移动，同时振荡注射器，10s左右就不再移动，溶解氨气30mL。形成的结论是：氨气的溶解速率极快，溶解平衡时氨在水中的溶解度约为150，说明氨极易溶解于水。但所测数据与700体积有较大误差，于是教师提供浓氨水的密度和质量分数的相关数据，学生能计算出准确的溶解度。为了解释实验误差，要求学生对实验装置进行观察，发现水过少，针筒内壁和推杆外壁之间残存有部分水，而针筒体积的限制，水的用量又不能增大，因此要想准确测定氨气在水中的溶解度只能采用间接测量的方式。

氨气的喷泉实验的结论学生不能接受，是由于间接认知推理确实存在概念混淆的问题。学生在实验探究与质疑的交替和融合中，能更好地解释学生自己的观念。在实验情境中，提出问题，敢于质疑，不迷信权威，秉承科学事实，是学生实验探究能力的提升的表现。在实验探究教学中，不再仅停留在实验观察层面上，而是更多地关注学生从观察中形成化学实验设计能力和合理解释的能力。最终在三次实验设计和反复的实验探究中，实现对氨气在水中的溶解速率和溶解平衡形成正确的理解。以学生的认知认同为基础，通过同化和顺应实现对知识意义的深刻理解，促进学生个性的发展和个性化知识的形成。