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[摘要]对人教版《普通高中课程标准实验教科书·化学（必修一）》中的《氨的性质和实验室制法》进行改进，设计一体化实验装置，以方便教师对教学内容和实验现象进行讲解和演示。此装置操作简单方便，现象明显，易于观察，且能快速地完成氨的制备和性质检验，为中学课堂教学节约时间。装置设计尾气回收环节，有利于保护师生健康，是与环境和谐相处的绿色化学实验。
[关键词]氨的实验室制法；氨的性质实验；一体化实验装置；绿色化学
[中图分类号]G633.8 [文献标识码]A [文章编号]1674-6058（2017）05-0105-02
研究的问题：人教版《普通高中课程标准实验教科书·化学（必修一）》教学大纲中要求掌握氨的性质、用途和实验室制法，教师对氨的化学性质和实验室制法需进行演示实验。必修一（P97～100）对氨的性质和氨的实验室制法进行了详细的介绍，对需验证的性质实验分别给出了实验装置图，但相关验证内容零散，装置也较简单，每个检验装置单独存在，缺乏完整的实验一体化装置设计。教师如要演示此实验，课前需做大量的准备工作，且对装置的气密性要求严格。如此安排实验，不但操作不方便，且实验大多在开放的空气中进行，无尾气回收装置，对室内的师生健康存在严重的威胁。
研究的目的：为了克服上述不足，我们根据中学教学的特点以及学生的认知情况，以教材为基础，对实验装置进行整合和改进，设计出一体化实验装置。该装置符合以下条件：操作简单，为教师在课堂上做演示实验提供方便；现象明显，便于学生观察实验过程和了解实验原理；能快速地完成氨的制备和性质检验，从而为课堂教学节约时间；根据氨有损人体健康的特点，装置设计尾气回收环节，渗透环境教育，促进学生树立环保理念。
一、原理
1.氨的实验室制法
以NH4Cl和Ca（OH）2粉末为原料，通过固固加热反应生成氨气。化学反应为2NH4Cl Ca（OH）2=CaCl2 2H2O 2NH3↑。
2.氨的性质实验
氨的挥发性实验：氨有挥发性，可以和同样有挥发性的浓氯化氢反应产生白烟，化学反应为NH3 HCl=NH4C1。
氨的弱碱性实验：氨能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色，说明氨溶于水的水溶液呈弱碱性，化学反应为NH3 H2O=NH3·H2O。
喷泉实验：氨气在水中的溶解度很大，可在短时间内使容器内外产生足够的压强差，从而形成喷泉状。喷泉实验趣味性强，直观效果好，可说明氨具有极易溶于水的性质。
二、教材实验的缺点
1.氨的实验室制法
图1为教材中氨气的制备图。由图1可知，其制备和收集装置是用橡胶塞和棉花密封，而实验过程中难以控制反应压力，容易因为气体膨胀过快导致试管爆裂或污染环境；其次，装置没有设计尾气处理环节，由于氨是有难闻的刺激性气味、易溶于水的气体，对皮肤和黏膜组织有极强的腐蚀性，直接排到空气中易引起感官不适，并可能对师生健康造成威胁，不符合当前绿色化学的理念；而且氨极易溶于水，如没有干燥管除去水分，则极易造成弱碱性检验、喷泉实验等实验现象不明显或者收集的时间过长等问题。
2.氨的挥发性和弱碱性实验
图2为书本中的实验装置图。由图2可知，氨和浓氯化氢反应验证氨挥发性的实验是在开放的环境中进行的，强酸（浓氯化氢）和碱性气体（氨）对人体有一定的伤害。浓氯化氢为无色液体，图2教材中氨的挥
发性检验装置在空气中会产生白雾（盐酸有强挥发性，与水蒸气结合形成小液滴），有刺鼻气味，高浓度盐酸对鼻黏膜和结膜有刺激作用。盐酸是六大无机强酸之一，在裸露的环境中进行实验，如操作不当，盐酸滴到身体的任何部位，都会给师生带来一定的伤害。
3.喷泉实验
氨易溶于水的性质可用喷泉实验来检验，图3为教材中氨的喷泉实验装置图。由于制备实验和性质实验分离，因此操作烦琐，且存在泄漏隐患。教师上课前需提前制备好氨气，并收集装入瓶中，携带至教室。因为氨气是极易挥发的气体，所以如果收集时装置气密性不好，很可能造成课堂演示实验的失败，且只可操作一次，如需多次操作课前则要准备多瓶氨气以备用。
三、实验改进
1.用品、仪器
NH4Cl、Ca（OH）2、浓HCl、碱石灰、酚酞，均为市售分析纯试剂。
试管、烧杯、漏斗、導管、针筒、玻璃棒、三颈圆底烧瓶、干燥管、酒精灯、橡胶塞、木块、铁架台、止水夹、石蕊试纸、橡皮胶管。
2.结果与讨论
（1）一体化实验装置图
针对以上问题，对书本中的实验做了如图4所示的改进。图4为氨的一体化实验装置图，此装置可分为三个部分，能分别完成氨的制备、氨的挥发性和弱碱性检验实验以及喷泉实验等多个实验，且现象明显，操作方便。需要注意的是：氨的制备采用固固加热，反应中生成水，因此反应装置的试管口要朝下，以防止冷凝水回流使试管炸裂造成危险。氨在水中的溶解度大，一体积水大约可溶解700体积氨气，故在试管尾部加装碱石灰干燥管，吸收水分，以减少氨气的消耗。干燥管和反应装置之间的连接导管尽量短，以尽可能减短产生的氨溶于水的时间；同时左边A装置添加了防倒吸的尾气处理装置，在右边B装置中氨收集满时，用尾气处理装置吸收反应剩余的氨，此操作在避免剩余氨对师生造成伤害的同时，又能控制反应速率。另外，氨的密度比空气小，收集氨气时采用向下排空气法，使收集到的氨更加纯净。
（2）改进结果
其一，改进实验在相对密封的环境中进行，可控制氨气的收集和尾气处理，并在收集氨的同时对氨的化学性质进行检验。在B装置④号口处分别用湿润的石蕊试纸和浓氯化氢验证氨的弱碱性，图5为氨的弱碱性实验操作图，实验过程中观察到红色石蕊试纸变蓝，很好地说明氨的水溶液呈弱碱性，且操作简便，进入空气中的氨极少。既方便教师安全地进行演示实验，也可以让学生亲自操作此步骤，激发学生对化学的学习兴趣，提高动手能力。
其二，改进设计将反应装置和收集装置合二为一，既避免了收集过程中氨气泄漏，浓度降低，导致使实验现象不明显，同时减少化学气体带来的不适感和健康上的损害。实验开始之前，将①号口的止水夹打开，②、③、⑤号口的止水夹关闭，同时④号口处插上含有少量水的针筒，三颈烧瓶下的烧杯中装有水和几滴酚酞。先用针筒挤少量水，使少部分液体进入烧瓶吸收瓶中气体，这样瓶中的压强就会小于外界大气压，此时将⑤号口处的止水夹打开，大气压便将烧杯中的水压人烧瓶中，烧瓶中形成喷泉（如图6所示）。本装置将⑤上方的喷头做得小而尖，观察到的喷泉现象尤其明显，有力地说明了氨易溶于水的性质。由于实验所用水中有酚酞试剂，酚酞在8.2%pH.0溶液中呈粉红色，又因氨极易溶于水生成NH3·H2O，水溶液呈弱碱性，故氨溶于酚酞溶液所形成的喷泉颜色为紫红色，这也验证了氨溶于水呈弱碱性的性质。
四、结论
以教材为基础，将氨的实验室制法和性质检验设计成一体化实验，方便教师进行演示实验，操作简单，节约了课堂演示实验的时间。实验装置通过止水夹的使用使其处于受控状态，实验现象明显，同时又能做到绿色环保，有利于保护室内空气质量，保障师生健康，符合高中课程标准提出的“倡导探求性学习”和“绿色化学”的基本理念。
（责任编辑 罗艳）
[关键词]氨的实验室制法；氨的性质实验；一体化实验装置；绿色化学
[中图分类号]G633.8 [文献标识码]A [文章编号]1674-6058（2017）05-0105-02
研究的问题：人教版《普通高中课程标准实验教科书·化学（必修一）》教学大纲中要求掌握氨的性质、用途和实验室制法，教师对氨的化学性质和实验室制法需进行演示实验。必修一（P97～100）对氨的性质和氨的实验室制法进行了详细的介绍，对需验证的性质实验分别给出了实验装置图，但相关验证内容零散，装置也较简单，每个检验装置单独存在，缺乏完整的实验一体化装置设计。教师如要演示此实验，课前需做大量的准备工作，且对装置的气密性要求严格。如此安排实验，不但操作不方便，且实验大多在开放的空气中进行，无尾气回收装置，对室内的师生健康存在严重的威胁。
研究的目的：为了克服上述不足，我们根据中学教学的特点以及学生的认知情况，以教材为基础，对实验装置进行整合和改进，设计出一体化实验装置。该装置符合以下条件：操作简单，为教师在课堂上做演示实验提供方便；现象明显，便于学生观察实验过程和了解实验原理；能快速地完成氨的制备和性质检验，从而为课堂教学节约时间；根据氨有损人体健康的特点，装置设计尾气回收环节，渗透环境教育，促进学生树立环保理念。
一、原理
1.氨的实验室制法
以NH4Cl和Ca（OH）2粉末为原料，通过固固加热反应生成氨气。化学反应为2NH4Cl Ca（OH）2=CaCl2 2H2O 2NH3↑。
2.氨的性质实验
氨的挥发性实验：氨有挥发性，可以和同样有挥发性的浓氯化氢反应产生白烟，化学反应为NH3 HCl=NH4C1。
氨的弱碱性实验：氨能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色，说明氨溶于水的水溶液呈弱碱性，化学反应为NH3 H2O=NH3·H2O。
喷泉实验：氨气在水中的溶解度很大，可在短时间内使容器内外产生足够的压强差，从而形成喷泉状。喷泉实验趣味性强，直观效果好，可说明氨具有极易溶于水的性质。
二、教材实验的缺点
1.氨的实验室制法
图1为教材中氨气的制备图。由图1可知，其制备和收集装置是用橡胶塞和棉花密封，而实验过程中难以控制反应压力，容易因为气体膨胀过快导致试管爆裂或污染环境；其次，装置没有设计尾气处理环节，由于氨是有难闻的刺激性气味、易溶于水的气体，对皮肤和黏膜组织有极强的腐蚀性，直接排到空气中易引起感官不适，并可能对师生健康造成威胁，不符合当前绿色化学的理念；而且氨极易溶于水，如没有干燥管除去水分，则极易造成弱碱性检验、喷泉实验等实验现象不明显或者收集的时间过长等问题。
2.氨的挥发性和弱碱性实验
图2为书本中的实验装置图。由图2可知，氨和浓氯化氢反应验证氨挥发性的实验是在开放的环境中进行的，强酸（浓氯化氢）和碱性气体（氨）对人体有一定的伤害。浓氯化氢为无色液体，图2教材中氨的挥
发性检验装置在空气中会产生白雾（盐酸有强挥发性，与水蒸气结合形成小液滴），有刺鼻气味，高浓度盐酸对鼻黏膜和结膜有刺激作用。盐酸是六大无机强酸之一，在裸露的环境中进行实验，如操作不当，盐酸滴到身体的任何部位，都会给师生带来一定的伤害。
3.喷泉实验
氨易溶于水的性质可用喷泉实验来检验，图3为教材中氨的喷泉实验装置图。由于制备实验和性质实验分离，因此操作烦琐，且存在泄漏隐患。教师上课前需提前制备好氨气，并收集装入瓶中，携带至教室。因为氨气是极易挥发的气体，所以如果收集时装置气密性不好，很可能造成课堂演示实验的失败，且只可操作一次，如需多次操作课前则要准备多瓶氨气以备用。
三、实验改进
1.用品、仪器
NH4Cl、Ca（OH）2、浓HCl、碱石灰、酚酞，均为市售分析纯试剂。
试管、烧杯、漏斗、導管、针筒、玻璃棒、三颈圆底烧瓶、干燥管、酒精灯、橡胶塞、木块、铁架台、止水夹、石蕊试纸、橡皮胶管。
2.结果与讨论
（1）一体化实验装置图
针对以上问题，对书本中的实验做了如图4所示的改进。图4为氨的一体化实验装置图，此装置可分为三个部分，能分别完成氨的制备、氨的挥发性和弱碱性检验实验以及喷泉实验等多个实验，且现象明显，操作方便。需要注意的是：氨的制备采用固固加热，反应中生成水，因此反应装置的试管口要朝下，以防止冷凝水回流使试管炸裂造成危险。氨在水中的溶解度大，一体积水大约可溶解700体积氨气，故在试管尾部加装碱石灰干燥管，吸收水分，以减少氨气的消耗。干燥管和反应装置之间的连接导管尽量短，以尽可能减短产生的氨溶于水的时间；同时左边A装置添加了防倒吸的尾气处理装置，在右边B装置中氨收集满时，用尾气处理装置吸收反应剩余的氨，此操作在避免剩余氨对师生造成伤害的同时，又能控制反应速率。另外，氨的密度比空气小，收集氨气时采用向下排空气法，使收集到的氨更加纯净。
（2）改进结果
其一，改进实验在相对密封的环境中进行，可控制氨气的收集和尾气处理，并在收集氨的同时对氨的化学性质进行检验。在B装置④号口处分别用湿润的石蕊试纸和浓氯化氢验证氨的弱碱性，图5为氨的弱碱性实验操作图，实验过程中观察到红色石蕊试纸变蓝，很好地说明氨的水溶液呈弱碱性，且操作简便，进入空气中的氨极少。既方便教师安全地进行演示实验，也可以让学生亲自操作此步骤，激发学生对化学的学习兴趣，提高动手能力。
其二，改进设计将反应装置和收集装置合二为一，既避免了收集过程中氨气泄漏，浓度降低，导致使实验现象不明显，同时减少化学气体带来的不适感和健康上的损害。实验开始之前，将①号口的止水夹打开，②、③、⑤号口的止水夹关闭，同时④号口处插上含有少量水的针筒，三颈烧瓶下的烧杯中装有水和几滴酚酞。先用针筒挤少量水，使少部分液体进入烧瓶吸收瓶中气体，这样瓶中的压强就会小于外界大气压，此时将⑤号口处的止水夹打开，大气压便将烧杯中的水压人烧瓶中，烧瓶中形成喷泉（如图6所示）。本装置将⑤上方的喷头做得小而尖，观察到的喷泉现象尤其明显，有力地说明了氨易溶于水的性质。由于实验所用水中有酚酞试剂，酚酞在8.2%pH.0溶液中呈粉红色，又因氨极易溶于水生成NH3·H2O，水溶液呈弱碱性，故氨溶于酚酞溶液所形成的喷泉颜色为紫红色，这也验证了氨溶于水呈弱碱性的性质。
四、结论
以教材为基础，将氨的实验室制法和性质检验设计成一体化实验，方便教师进行演示实验，操作简单，节约了课堂演示实验的时间。实验装置通过止水夹的使用使其处于受控状态，实验现象明显，同时又能做到绿色环保，有利于保护室内空气质量，保障师生健康，符合高中课程标准提出的“倡导探求性学习”和“绿色化学”的基本理念。
（责任编辑 罗艳）