吸热反应实验的再改进

杨丽娟 张丽敏 马怡阳

摘要： 利用可逆测温试纸、玻璃水槽、玻璃钟罩以及玻璃试管等实验材料，设计并制作中学化学吸热反应实验装置。该装置既能测出吸热反应过程中的温度变化，又能大幅降低有毒试剂的用量并消除生成物氨气对环境的污染，从而解决教材中吸热反应实验存在的问题，提高了化学教学效果。

关键词： 可逆测温试纸； 吸热反应； 实验装置改进； 实验探究

文章编号： 1005-6629（2023）04-0074-03

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1  问题提出

为了证实吸热反应的客观存在，高中化学教材［1， 2］中设计了吸热反应实验（如图1所示），这种实验方法具有取材容易、方法简单、操作方便等诸多特点。但也存在一些不尽如人意的地方，具体表现在以下几个方面：其一，实验选用20克有毒试剂氢氧化钡，反应产生的生成物氨气也会污染教学环境，很不适合当今的环保要求，不利于培养学生的环保意识；其二，反应吸收的热量常常难以降到冰点使木板与烧杯底冻结在一起，

实验结果与实验预想大相径庭;

其三，即使木板与烧杯粘在一起，也容易使学生产生一定的误解，因为也可能是水的表面张力所致。教材中吸热反应实验存在的这些问题，无助于课堂教学质量的提高。因此，有必要再作深入的探讨和改进。

2  相关研究简介

广大化学教师对该实验做过很多研究，成果颇丰，并在省级以上期刊发表研究论文数十篇。在发表的论文中，实验方法虽有所改进，但仍有不足之处：一是有的实验方法［3～5］虽然进行了一定的改进，但生成物氨气仍然外逸，没有从根本上解决污染问题，没有达到化学实验绿色化的基本要求；二是有的实验方法［6］即使利用热敏温度计代替常规温度计，增大了实验的可观察性，但热敏温度计的热敏探头容易被腐蚀；三是有的实验方法［7～10］使用有毒的氢氧化钡晶体的量仍较大，依然会对环境造成一定的污染。为此，很有必要对现行化学教材的实验方法作进一步深化研究，使设计出的实验方法和实验装置更具科学性、合理性和环保性，充分发挥化学实验的教学功能，更好地为化学课堂教学服务。

3  设计理念

根据吸热反应反应物Ba（OH）2·8H2O有毒、反应生成污染物氨气、反应前后具有温度变化以及反应时需要进行搅拌等特点，在设计实验装置时必须注意以下几点：一是要有意识地减少反应物Ba（OH）2·8H2O的用量；二是要有氨气吸收装置和检验方法；三是要有测温措施；四是要有搅拌功能。并且尽可能地使搅拌、反应、测温以及氨气的吸收、检验一体化完成，简化实验操作过程，从根本上解决教材中原实验存在的问题，特别是氨气的吸收与检验、测定反应前后的温度变化以及反应物的搅拌等问题，使设计者的一些新构想、新理念、新发现能够有机地融入整个实验设计之中，从而实现实验改革的目的。

4  设计方法

实验设计理念是为实验设计方法服务的，它使实验改革的目标更加明确、更具针对性，从而在实验设计、改革创新、选择材料、仪器组装、实验效果等方面实现化学改革的新设想，充分发挥化学实验在化学教学中的基本功能。本次改进尽量减少Ba（OH）2·8H2O的用量{2g氢氧化钡晶体［Ba（OH）2·8H2O］和1g氯化铵晶体作为反应物即可}。

由于吸热反应生成的氨气在水中的溶解度较大，

极易溶于水，在常温、常压下，1体积水中就能溶解700体积的氨气，因此吸收氨气可利用冷水进行密封吸收，用无色的酚酞检验氨气。吸热反应前后温度变化的测定，可利用可见度较大的可逆测温试纸（如图2所示）完成。反应物的搅拌可通过螺旋状粗铜丝的旋转实现。新的实验装置一定要具备简单、实用、美观、环保等特点，不仅能够顺利完成实验教学任务，而且通过实验还会给人一种美的享受。

5  实验原理

（1） 氢氧化钡晶体与氯化铵的吸热反应

Ba（OH）2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O-Q

（2） 氨气溶于水，生成氨水，显碱性

NH3+H2ONH3·H2O

（3） 酚酞遇碱变红

6  实验方案

6.1  实验材料

试管（2cm×20cm）1支；可逆测温试纸（0～50℃）1条；滴管1支；圆形玻璃水槽（直径27cm）1个；玻璃钟罩（150mm×280mm）1個；单层玻璃杯（口径5.3cm，底径6.5cm，高19.5cm）1只；4号橡胶塞1只、11号橡胶塞1只；粗铜丝（35cm）1根；锥子1把；打孔器1套；圆木锉1把；铁钳1把

氢氧化钡晶体；氯化铵；蒸馏水；酚酞溶液；玻璃胶

6.2  实验准备

（1） 取1个圆形玻璃水槽（直径27cm），用玻璃胶将单层玻璃杯粘接在玻璃水槽的中央（如图3所示）。

（2） 取1只11号橡胶塞，用打孔器和圆形木锉，在其中间打一个透孔，然后将1支试管（2cm×20cm）插入其中，在试管的外侧贴上可逆测温试纸（如图4所示）。

（3） 将装有试管的胶塞塞在玻璃杯杯口处（如图5所示）。

（4） 取4号橡胶塞1只，将1根粗铜丝（长35cm）从胶塞的中心穿过，用铁钳将两端分别弯成螺旋状和摇把状（如图6所示）。

6.3  实验装置

实验装置（如图7所示），其中：A.粗铜丝摇把；B.玻璃钟罩；C.玻璃杯；D.试管；E.可逆测温试纸；F.玻璃水槽；G.蒸馏水与酚酞溶液；H.氢氧化钡晶体与氯化铵的混合物。

6.4  实验过程

（1） 试管中分别加入2g氢氧化钡晶体［Ba（OH）2·8H2O］和1g氯化铵晶体，此时可逆测温试纸的温度为20℃。

（2） 在水槽中加入蒸馏水，使水深4～5cm，然后加入几滴酚酞溶液并搅拌均匀；扣上玻璃钟罩，钟罩的上口塞上带有粗铜丝的胶塞，并调节铜丝的高度，使下部的螺旋状恰好与试管底部相接触。

（3） 用手顺时针或逆时针摇动粗铜丝的摇把，不断搅动试管底部的反应物，可观察到可逆测温试纸上所显示的温度逐渐下降至5℃。玻璃水槽内的溶液逐渐变红，由此验证此反应为吸热反应，产生的氨气被蒸馏水吸收使其显碱性，酚酞遇碱变红。

7  几点说明

（1） Ba（OH）2·8H2O有毒，减少其用量，既可降低污染，又可节省实验费用。

（2） 实验装置制作成功以后，可以多次使用。

（3） 可逆测温试纸淘宝网有售，不同测温范围可以任选。

（4） 可逆测温试纸物美价廉，适合实验使用。

（5） 可逆测温试纸可以多次使用，不易破损，温度升高与降低均可显示。

（6） 实验完毕后，将水槽内的氨水、试管内的生成物倒入指定的容器内，将仪器用水冲洗干净备用。

8  结语

通过可逆测温试纸在化学实验中的应用，我们发现，利用可逆测温试纸测定实验过程中的温度变化，具有简单、准确、可靠、便于观察、趣味性强等诸多特点，具有一定的应用价值，深受师生的好评。

参考文献：

［1］人民教育出版社化学室编著. 全日制普通高级中学教科书（必修）·化学（第一册）［M］. 北京： 人民教育出版社， 2003： 19.

［2］王祖浩主编. 普通高中课程标准实验教科书·化学2［M］. 南京： 凤凰出版传媒集团江苏教育出版社， 2007： 35.

［3］李静雯. 八水合氢氧化钡与氯化铵吸热反应实验改进［J］. 教学仪器与实验， 2014， （9）： 35.

［4］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.

［5］杨军军. 氢氧化钡晶体于氯化铵吸热反应的实验改进［J］. 中小学实验与装备， 2015， （2）： 32.

［6］張春侠， 赵研. 吸热反应实验的环保改进［J］. 教学仪器与实验， 2009， （3）： 23.

［7］任德怀. 对晶体反应吸热实验的改进［J］. 教学仪器与实验， 2004， （3）： 22.

［8］方兰， 刘炜， 但世辉. 氢氧化钡晶体与氯化铵晶体吸热反应的实验改进［J］. 中学化学， 2015， （2）： 31.

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

［10］谭文生. 八水氢氧化钡与氯化铵反应实验的改进［J］. 教育与装备研究， 2016， （8）： 54.