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化学是一门以实验为基础的学科,化学实验的科学性、安全性对于激发学生学习化学的兴趣,培养严谨认真的科学态度,提高动手操作能力和创新能力有着极其重要的意义。现行人教版高中《化学》必修一教材中,将“氨气的制取及其性质检验实验”分为三个实验进行,既耗时又费力,氨气容易泄漏,污染环境,影响师生健康,制取过氨气的试管容易炸裂,造成资源浪费。根据这些不足,笔者设计了一套既安全又环保,具有观赏性、趣味性的实验装置。
1.实验原理
在教材中,用NH4Cl和Ca(OH)2固体加热制取氨气,产生氨气速度慢,加热过的试管容易炸裂。因此,笔者改用浓氨水与氢氧化钠固体混合制取氨气,快捷、不需要加热,制得氨气的浓度较大,非常适合喷泉实验。
氢氧化钠固体溶于浓氨水中的水,放出大量的热,产生氢氧根离子,使氨气的溶解度降低,促使平衡向右移动,为一水合氨分解产生氨气提供条件。
2.实验仪器及试剂
250mL蒸馏烧瓶2个、50mL烧杯1个、500mL烧杯1个、250mL锥形瓶1个、分液漏斗1个、小气球1个、Y型管1根、双孔橡皮塞3个、铁架台2套、胶头滴管2支、止水夹4个、药匙1个、玻璃导管若干、橡皮导管若干等;浓氨水、氢氧化钠固体、浓盐酸、蒸馏水、酚酞试剂、红色石蕊试纸。
3.实验目的
(1)认识氨气及其性质。
(2)初步学会氨气的检验。
(3)通过氨气的喷泉实验感受化学实验的美,激发学习化学的兴趣,联系氨气的喷泉实验原理,体会相关的自然现象和人工现象。
(4)将氨气的制取、收集和物理、化学性质的实验合二为一,做到实验简单、操作方便、现象明显、效果良好。
(5)重视环境教育,树立环保意识。
4.实验仪器装置图
5.实验操作
(1)检查装置的气密性:按照上图组装仪器,关闭分液漏斗活塞,关闭K2、K4,打开K1、K3,向50mL烧杯加水至浸没导管口,用热毛巾裹住发生装置的蒸馏烧瓶,一会儿,烧杯出现气泡,松开热毛巾,烧杯上面的导管出现一段水柱;同理,关闭K3,打开K4,用热毛巾裹住发生装置的蒸馏烧瓶,一会儿,锥形瓶上的小气球变胀,松开热毛巾,小气球变瘪,说明整套装置的气密性良好。
(2)如上图实验装置,关闭K1、K2、K3、K4和分液漏斗活塞,往发生装置的蒸馏烧瓶添加4药匙氢氧化钠固体,往分液漏斗添加浓氨水约8mL,往50mL烧杯添加25mL的蒸馏水并在水面上放两片红色石蕊试纸,往500mL烧杯添加400mL的蒸馏水并滴入2~3滴的酚酞试剂,往250mL锥形瓶滴入3~5滴浓盐酸。
(3)打开K1、K3,打开分液漏斗玻璃塞,打开分液漏斗活塞,发生装置的蒸馏烧瓶内产生大量的气泡,待红色石蕊试纸变蓝色后,立刻关闭分液漏斗活塞,盖上分液漏斗玻璃塞。
(4)打开K4,关闭K1、K3,锥形瓶内出现大量的白烟和小气球变胀。
(5)轻轻挤压充满蒸馏水的胶头滴管,打开K2,倒扣的蒸馏烧瓶出现红色美丽的喷泉。
6.实验效果图
7.实验注意事项
(1)实验时要控制好浓氨水的滴入速度,分液漏斗的活塞不要开得太大,防止产生的氨气压强过大而冲开发生装置的橡皮塞。
(2)待红色石蕊试纸变蓝色,立刻关闭分液漏斗活塞,盖上分液漏斗玻璃塞,防止氨气泄漏;然后先打开K4,后关闭K1、K3,防止气压过大而冲开收集装置的橡皮塞。
(3)喷泉实验装置中,倒扣的蒸餾烧瓶要充满氨气,氨气过少往往不能形成喷泉,插入500mL烧杯的玻璃导管插入液体部分不能太少,以防导管过早与溶液脱离而导致喷泉停喷,倒扣蒸馏烧瓶口上的塞子要塞紧,既防装置漏气,又防因受液体压力而脱落。
(4)氨气与氯化氢反应的装置要干燥,这样现象才会明显,滴入的浓盐酸不宜过多,3~5滴现象都已经明显了,而且要系一个小气球,既可以提高实验的安全性,又可以收集多余的尾气。
8.实验改进的优点
经过反复验证及学生实验,这种实验新方法反应速率快,集气量大,氨气的浓度较高,喷泉实验持续有力,氨气与氯化氢的反应现象非常明显,实验时间短,经济可行,实现氨气的制取及性质实验的绿色化。总的来说该实验有以下几个优点:
(1)在一个半封闭的装置中,实现氨气的制取、收集和物理、化学性质的实验一体化,成功率高、感觉直观,让学生更真实地去体验和理解氨气的物理性质和化学性质。
(2)本实验不需要加热,节约能源,仪器简单易取,操作方便,现象明显,课堂耗时短,非常适合演示实验。
(3)收集和尾气处理的改进既避免氨气泄漏在空气中污染环境,又检验了氨气的性质,培养学生“变废为宝”的环保意识,让学生树立绿色化学理念。
(4)让学生体会实验室另一种快速制取氨气的方法和原理,让学生在创新实验中体会成功的喜悦,进而为化学实验教学的改革提供方法和策略。
(5)左上角和右下角两个容器,一红一白,小气球变胀,有很强的视觉效果,具有观赏性、趣味性,能很好地提高学生对化学实验的兴趣。
近几年全国高考1卷理综化学实验题,都是立足于教材的基础实验,是三种不同版本教材的传承和演绎,但是广东省考生化学实验题的平均得分率都是30%左右,非常低。原因是学生平时对化学实验不够重视,实验过程中缺乏思考,实验的基本常识、基本原理和基本技能没有掌握好,科学探究能力和动手操作能力不强,对实验现象、结论描述不准确。
笔者认为教师与学生一起对课本的实验进行改进或创新,可以提高学生的科学探究能力和动手操作能力,使学生学会准确设计实验方案,预测实验现象,进行准确的实验条件控制与操作,及时发现并解决实验中出现的问题,有效提高学生的实验能力和答题能力。
1.实验原理
在教材中,用NH4Cl和Ca(OH)2固体加热制取氨气,产生氨气速度慢,加热过的试管容易炸裂。因此,笔者改用浓氨水与氢氧化钠固体混合制取氨气,快捷、不需要加热,制得氨气的浓度较大,非常适合喷泉实验。
氢氧化钠固体溶于浓氨水中的水,放出大量的热,产生氢氧根离子,使氨气的溶解度降低,促使平衡向右移动,为一水合氨分解产生氨气提供条件。
2.实验仪器及试剂
250mL蒸馏烧瓶2个、50mL烧杯1个、500mL烧杯1个、250mL锥形瓶1个、分液漏斗1个、小气球1个、Y型管1根、双孔橡皮塞3个、铁架台2套、胶头滴管2支、止水夹4个、药匙1个、玻璃导管若干、橡皮导管若干等;浓氨水、氢氧化钠固体、浓盐酸、蒸馏水、酚酞试剂、红色石蕊试纸。
3.实验目的
(1)认识氨气及其性质。
(2)初步学会氨气的检验。
(3)通过氨气的喷泉实验感受化学实验的美,激发学习化学的兴趣,联系氨气的喷泉实验原理,体会相关的自然现象和人工现象。
(4)将氨气的制取、收集和物理、化学性质的实验合二为一,做到实验简单、操作方便、现象明显、效果良好。
(5)重视环境教育,树立环保意识。
4.实验仪器装置图
5.实验操作
(1)检查装置的气密性:按照上图组装仪器,关闭分液漏斗活塞,关闭K2、K4,打开K1、K3,向50mL烧杯加水至浸没导管口,用热毛巾裹住发生装置的蒸馏烧瓶,一会儿,烧杯出现气泡,松开热毛巾,烧杯上面的导管出现一段水柱;同理,关闭K3,打开K4,用热毛巾裹住发生装置的蒸馏烧瓶,一会儿,锥形瓶上的小气球变胀,松开热毛巾,小气球变瘪,说明整套装置的气密性良好。
(2)如上图实验装置,关闭K1、K2、K3、K4和分液漏斗活塞,往发生装置的蒸馏烧瓶添加4药匙氢氧化钠固体,往分液漏斗添加浓氨水约8mL,往50mL烧杯添加25mL的蒸馏水并在水面上放两片红色石蕊试纸,往500mL烧杯添加400mL的蒸馏水并滴入2~3滴的酚酞试剂,往250mL锥形瓶滴入3~5滴浓盐酸。
(3)打开K1、K3,打开分液漏斗玻璃塞,打开分液漏斗活塞,发生装置的蒸馏烧瓶内产生大量的气泡,待红色石蕊试纸变蓝色后,立刻关闭分液漏斗活塞,盖上分液漏斗玻璃塞。
(4)打开K4,关闭K1、K3,锥形瓶内出现大量的白烟和小气球变胀。
(5)轻轻挤压充满蒸馏水的胶头滴管,打开K2,倒扣的蒸馏烧瓶出现红色美丽的喷泉。
6.实验效果图
7.实验注意事项
(1)实验时要控制好浓氨水的滴入速度,分液漏斗的活塞不要开得太大,防止产生的氨气压强过大而冲开发生装置的橡皮塞。
(2)待红色石蕊试纸变蓝色,立刻关闭分液漏斗活塞,盖上分液漏斗玻璃塞,防止氨气泄漏;然后先打开K4,后关闭K1、K3,防止气压过大而冲开收集装置的橡皮塞。
(3)喷泉实验装置中,倒扣的蒸餾烧瓶要充满氨气,氨气过少往往不能形成喷泉,插入500mL烧杯的玻璃导管插入液体部分不能太少,以防导管过早与溶液脱离而导致喷泉停喷,倒扣蒸馏烧瓶口上的塞子要塞紧,既防装置漏气,又防因受液体压力而脱落。
(4)氨气与氯化氢反应的装置要干燥,这样现象才会明显,滴入的浓盐酸不宜过多,3~5滴现象都已经明显了,而且要系一个小气球,既可以提高实验的安全性,又可以收集多余的尾气。
8.实验改进的优点
经过反复验证及学生实验,这种实验新方法反应速率快,集气量大,氨气的浓度较高,喷泉实验持续有力,氨气与氯化氢的反应现象非常明显,实验时间短,经济可行,实现氨气的制取及性质实验的绿色化。总的来说该实验有以下几个优点:
(1)在一个半封闭的装置中,实现氨气的制取、收集和物理、化学性质的实验一体化,成功率高、感觉直观,让学生更真实地去体验和理解氨气的物理性质和化学性质。
(2)本实验不需要加热,节约能源,仪器简单易取,操作方便,现象明显,课堂耗时短,非常适合演示实验。
(3)收集和尾气处理的改进既避免氨气泄漏在空气中污染环境,又检验了氨气的性质,培养学生“变废为宝”的环保意识,让学生树立绿色化学理念。
(4)让学生体会实验室另一种快速制取氨气的方法和原理,让学生在创新实验中体会成功的喜悦,进而为化学实验教学的改革提供方法和策略。
(5)左上角和右下角两个容器,一红一白,小气球变胀,有很强的视觉效果,具有观赏性、趣味性,能很好地提高学生对化学实验的兴趣。
近几年全国高考1卷理综化学实验题,都是立足于教材的基础实验,是三种不同版本教材的传承和演绎,但是广东省考生化学实验题的平均得分率都是30%左右,非常低。原因是学生平时对化学实验不够重视,实验过程中缺乏思考,实验的基本常识、基本原理和基本技能没有掌握好,科学探究能力和动手操作能力不强,对实验现象、结论描述不准确。
笔者认为教师与学生一起对课本的实验进行改进或创新,可以提高学生的科学探究能力和动手操作能力,使学生学会准确设计实验方案,预测实验现象,进行准确的实验条件控制与操作,及时发现并解决实验中出现的问题,有效提高学生的实验能力和答题能力。