有關(guān)含氮元素物質(zhì)實驗的改進(jìn)及創(chuàng)新

摘要：以氨氣噴泉實驗、氨和氯化氫反應(yīng)、銅與濃硝酸反應(yīng)三個實驗改進(jìn)為例，讓學(xué)生在掌握新知識的同時，借助化學(xué)實驗，培養(yǎng)觀察現(xiàn)象、分析問題和解決問題的能力；通過實驗改進(jìn)，開發(fā)學(xué)生潛能，發(fā)展學(xué)生個性，拓展學(xué)生視野。

關(guān)鍵詞：實驗改進(jìn)與創(chuàng)新；氨氣噴泉實驗；氨和氯化氫反應(yīng)；銅與濃硝酸反應(yīng)

文章編號：1005–6629（2017）2–0069–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中明確指出要“樹立綠色化學(xué)思想、形成綠色化學(xué)的觀念”，表明綠色化學(xué)思想已成為化學(xué)課程與教學(xué)的一項重要的目標(biāo)和內(nèi)容。新課改理念中強調(diào)要突出化學(xué)實驗在教育教學(xué)中的重要性?！痘A(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》中倡導(dǎo)學(xué)生要主動參與、樂于探究、勤于動手，提高搜集和處理信息、獲取新知識、分析和解決問題以及交流與合作的能力，增強社會責(zé)任感；教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)能引導(dǎo)學(xué)生主動參與的教育環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生掌握和運用知識的態(tài)度和能力，使每個學(xué)生都能得到充分的發(fā)展。

在高中化學(xué)教學(xué)中，人教版化學(xué)1（必修）教材第四章的氮族元素主要介紹含氮元素的物質(zhì)，包括：氮氣、氮的氧化物、硝酸及硝酸鹽等。元素化合物在高中階段屬于重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，對元素化合物的學(xué)習(xí)通過化學(xué)實驗以及實驗改進(jìn)與創(chuàng)新來展開，有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)掌握新知識的同時，借助化學(xué)實驗培養(yǎng)觀察現(xiàn)象、分析問題、解決問題的能力。通過實驗改進(jìn)，開發(fā)學(xué)生潛能，發(fā)展學(xué)生個性，拓展學(xué)生視野，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。本文主要以“氮族元素”為例，介紹幾則有關(guān)含氮元素物質(zhì)的實驗改進(jìn)，以供參考借鑒。

1 實驗室制氨氣及噴泉實驗的改進(jìn)

儀器：小試管、膠頭滴管、圓底燒瓶（集氣瓶等）、帶導(dǎo)氣管的單孔塞、礦泉水瓶、棉花、鑷子

藥品：氯化銨、氫氧化鈉、濃氨水，紅色石蕊試紙（或濃鹽酸）、水

原理：NaOH固體溶于水放熱，促進(jìn)NH3·H2O分解放出NH3。

改進(jìn)方案（見圖1、2）：

改進(jìn)優(yōu)點：

（1）教材中的實驗方案是對混合物氯化銨和氫氧化鈣固體加熱制備氨氣，反應(yīng)裝置需要酒精燈進(jìn)行加熱[1]；而本改進(jìn)實驗裝置簡單，操作方便，不需要加熱裝置，只需要向盛有氯化銨和氫氧化鈉混合物的試管中加入濃氨水于常溫下即可快速制備氨氣。

（2）噴泉實驗改進(jìn)后，實驗現(xiàn)象明顯，通過礦泉水瓶變形，可讓學(xué)生直觀地看到瓶內(nèi)外形成了壓強差。

2 氨氣和氯化氫反應(yīng)實驗的改進(jìn)實驗

儀器：小試管、橡膠塞、注射器針頭、棉花

藥品：濃氨水、濃鹽酸、冷水

原理：濃氨水和濃鹽酸易揮發(fā)，氣體相遇形成白煙。

NH3+HCl=NH4Cl

改進(jìn)方案（見圖3）：

改進(jìn)優(yōu)點：

（1）實驗儀器常規(guī)，操作過程簡單。

（2）藥品用量少，只需向棉花上滴幾滴濃氨水或濃鹽酸，現(xiàn)象明顯。

（3）實驗在密閉儀器中進(jìn)行，氣體不會逸出，不會污染環(huán)境，體現(xiàn)綠色環(huán)保理念。

替代儀器：用帶瓶蓋的廣口瓶，分別向瓶蓋內(nèi)部和瓶底部滴幾滴濃氨水和濃鹽酸即可（也可將廣口瓶換成培養(yǎng)皿）；或用橡膠管連接的2個干燥管，擠壓膠頭滴管使少量濃鹽酸或濃氨水進(jìn)入干燥管中，打開止水夾，觀察現(xiàn)象即可（如圖4）；也可用圖5裝置進(jìn)行該實驗，兩支注射器分別裝濃鹽酸和濃氨水，推動注射器壓縮柄使少量試劑進(jìn)入試管中即可觀察實驗現(xiàn)象。這些儀器改進(jìn)均使氨和氯化氫反應(yīng)在密閉容器中進(jìn)行，不會污染環(huán)境，雖然藥品用量極少，但現(xiàn)象非常明顯。

3 銅與濃硝酸反應(yīng)實驗的改進(jìn)

3.1 改進(jìn)一[2]

儀器：燒杯、2支塑料注射器（規(guī)格：5mL和20mL）、塑料輸液袋（規(guī)格：100mL）

藥品：細(xì)銅絲、濃硝酸、蒸餾水

實驗原理：

銅與濃硝酸反應(yīng)產(chǎn)生紅棕色氣體二氧化氮，二氧化氮遇水反應(yīng)產(chǎn)生無色氣體一氧化氮，一氧化氮遇空氣又變?yōu)榧t棕色氣體二氧化氮。

Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

3NO2+H2O=2HNO3+NO

2NO+O2=2NO2

改進(jìn)方案（見圖6）：

用一注射器吸取少量濃硝酸（約2mL）注入空的透明塑料輸液袋。將細(xì)銅絲繞成圈放于另一注射器內(nèi)，排除空氣，插入上述裝有濃硝酸的塑料輸液袋，抽提注射器壓縮柄使袋內(nèi)濃硝酸進(jìn)入針筒內(nèi)。觀察反應(yīng)現(xiàn)象一段時間后，按下注射器壓縮柄，使注射器內(nèi)的氣體、液體進(jìn)入輸液袋內(nèi)，拔出注射器。用注射器向輸液袋中注入蒸餾水（約10mL），充分振蕩，產(chǎn)生的紅棕色氣體NO2與H2O充分反應(yīng)，觀察到紅棕色氣體變?yōu)闊o色氣體NO。再用注射器向輸液袋中注入空氣（約15mL）（注：此時不振蕩），NO與O2反應(yīng)，觀察到無色氣體又變?yōu)榧t棕色氣體NO2。充分振蕩，觀察到紅棕色氣體又變?yōu)闊o色氣體NO。

改進(jìn)優(yōu)點：

（1）實驗裝置簡單，不僅節(jié)約材料和藥品，且操作方便，現(xiàn)象明顯，具有趣味性。

（2）實驗便于控制，可隨時停止，操作安全。

（3）突出環(huán)保意識，雖然實驗中產(chǎn)生NO和NO2都是有害氣體，但在整個實驗中沒有泄漏，且尾氣處理在密閉的體系內(nèi)進(jìn)行，不會造成環(huán)境污染，實現(xiàn)了實驗的綠色化。

（4）輸液袋還可以作為NO2氣體的儲存裝置，便于取用。

（5）該裝置具有多功能性：可作為NO2和NaOH溶液反應(yīng)、NO與NO2混合氣體和NaOH溶液反應(yīng)、化學(xué)平衡移動知識中NO2和N2O4相互轉(zhuǎn)化的實驗裝置，探究銅和濃硝酸反應(yīng)溶液的顏色變化等。

3.2 改進(jìn)二

儀器：大試管、小試管、橡膠塞2個、帶膠頭滴管的橡膠塞1個

藥品：銅片、濃硝酸、濃氫氧化鈉溶液

實驗原理：

銅與濃硝酸反應(yīng)產(chǎn)生紅棕色氣體二氧化氮和硝酸銅溶液，二氧化氮遇氫氧化鈉溶液反應(yīng)被吸收，硝酸銅溶液與氫氧化鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生藍(lán)色沉淀。

Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O

Cu（NO3）2+2NaOH=Cu（OH）2↓+2NaNO3

改進(jìn)方案（見圖7）：

將放有銅片的小試管放入盛有少量NaOH溶液的大試管中，塞緊帶膠頭滴管（滴管內(nèi)盛有濃硝酸）的橡膠塞，擠壓滴管滴入幾滴濃硝酸于小試管中與銅片接觸，觀察到有紅棕色氣體產(chǎn)生；停止反應(yīng)時，傾斜試管使大試管中的氫氧化鈉溶液與小試管中的溶液混合即可。

改進(jìn)優(yōu)點：

（1）實驗操作簡單，現(xiàn)象明顯，在密閉體系中進(jìn)行實驗，對環(huán)境無污染，實現(xiàn)零排放，有利于學(xué)生樹立環(huán)保意識。

（2）通過實驗，讓學(xué)生從氧化還原理論知識的角度，了解產(chǎn)物NO2和氫氧化鈉的反應(yīng)，掌握 NO2的尾氣處理方法。

（3）傾斜該裝置，使小試管內(nèi)反應(yīng)后的溶液和大試管中的溶液接觸，觀察現(xiàn)象——產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，引導(dǎo)學(xué)生分析推斷其原因，即：產(chǎn)物Cu（NO3）2溶液和NaOH溶液發(fā)生了反應(yīng)。

可將大小不同的兩個試管換成其他儀器，如不同大小的培養(yǎng)皿[3]，或內(nèi)部放小試管的廣口瓶[4]（見圖8），或連續(xù)反應(yīng)裝置[5]等。

化學(xué)實驗是高中化學(xué)教學(xué)的重要手段，借助化學(xué)實驗學(xué)生不僅可以學(xué)習(xí)掌握新知識，還可通過發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)化學(xué)實驗的問題有助于培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計、改進(jìn)與創(chuàng)新能力、實驗觀察能力、實驗操作能力及表達(dá)能力，有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維，開發(fā)學(xué)生潛能，發(fā)展學(xué)生個性。作為一線化學(xué)教師，在日常教學(xué)活動中，應(yīng)重視對教材中現(xiàn)有的化學(xué)實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋心琦主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)1（第三版）[M].北京：人民教育出版社，2007.

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[5]葉永謙，張賢金，吳新建.銅與濃、稀硝酸連續(xù)反應(yīng)演示實驗的再改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2016，（7）：60～63.