中学化学《氨》的一体化实验装置设计

1、    中学化学氨的一体化实验装置设计    刘艺吴双桃黄沔铷颜冬微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g633.8 a 1674-6058（2017）05-0105-02研究的问题：人教版普通高中课

2、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（p97100）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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、，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，将号口的止水夹打开，、号口的止水夹关闭，同时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%10.0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