噴泉實(shí)驗連續(xù)化實(shí)驗創(chuàng)新

江蘇省昆山市震川高級中學(xué)(215300) 沈玉紅

1 問題的提出

蘇教版化學(xué)教材必修1中，涉及到了一個重要的實(shí)驗——氨氣的噴泉實(shí)驗，并在“活動與探究”欄目中專門探討氨氣噴泉實(shí)驗的操作及現(xiàn)象。具體操作如下：在干燥的燒瓶內(nèi)充滿氨氣，塞上帶有玻璃管和膠頭滴管的橡膠塞，打開橡皮管上的止水夾，擠壓膠頭滴管，觀察現(xiàn)象。

教師在實(shí)際操作時發(fā)現(xiàn)，利用教材中的演示實(shí)驗裝置(見圖1)進(jìn)行實(shí)驗存在一些不足，主要有：由于做實(shí)驗所需的氨氣是實(shí)驗室事先制備好的，帶到教室的過程中容易泄露，造成環(huán)境污染；同時由于空氣的殘留以及泄露時空氣的進(jìn)入，也容易導(dǎo)致實(shí)驗中的“噴泉”不明顯，甚至?xí)?dǎo)致實(shí)驗失敗；在進(jìn)行多個班級的連續(xù)教學(xué)時，需要準(zhǔn)備多個圓底燒瓶，不便于教師的攜帶及教學(xué)的演示。

圖1 教材上的噴泉實(shí)驗裝置

為了解決以上問題，筆者翻閱相關(guān)文獻(xiàn)，在參考前人改進(jìn)裝置的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種可以重復(fù)使用的噴泉實(shí)驗裝置，并在實(shí)際教學(xué)中顯示出優(yōu)勢。

2 實(shí)驗器材與試劑

酒精燈1個、500 mL大燒杯1個、鐵架臺1個、圓底燒瓶2個、雙孔塞1個、單孔塞1個、T形管2個、90°玻璃彎管1個、自制花灑噴頭1個、玻璃導(dǎo)管與橡皮管若干、濃氨水、沸石。

3 實(shí)驗操作步驟

3.1 自制花灑噴頭

取1根可彎折的吸管，沿著中間的彎曲處剪斷。取較短的一端，將其頭部剪成倒“V”型，并用小火微熱倒“V”型兩側(cè)后趁熱按壓，將倒“V”型兩側(cè)的開口封住。再用細(xì)針在已封住口的倒“V”型吸管附近扎幾個小孔，一個花灑就制作完成了，如圖2所示。

圖2 自制花灑噴頭(正面與側(cè)面)

3.2 組裝實(shí)驗儀器

將兩個圓底燒瓶通過兩個T形管、若干玻璃導(dǎo)管及橡皮管組裝成如圖3所示的一套實(shí)驗裝置。

圖3 噴泉實(shí)驗連續(xù)化實(shí)驗創(chuàng)新裝置圖

3.3 噴泉實(shí)驗操作

(1)檢查完裝置氣密性后，在圓底燒瓶1中，加入燒瓶1/3體積的濃氨水及少量沸石。在大燒杯中加入燒杯4/5體積的蒸餾水，并在水中加入5～6滴酚酞試劑。

(2)打開止水夾1與止水夾2，關(guān)閉止水夾3，點(diǎn)燃酒精燈，用酒精燈加熱圓底燒瓶1。

(3)當(dāng)?shù)斡蟹犹乃芤鹤兗t后，繼續(xù)等待30 s左右后，關(guān)閉止水夾2，打開止水夾3，使氨氣從止水夾3所在的導(dǎo)管中逸出，將其中的空氣也排盡。此時，移走酒精燈，關(guān)閉止水夾1。下面紅色的溶液慢慢往上噴射出來，形成紅色噴泉。

3.4 重復(fù)實(shí)驗操作

(1)一次實(shí)驗結(jié)束后，打開止水夾3，拔掉止水夾3一側(cè)的橡皮管，使燒瓶2中的液體向下重新流入大燒杯中。

(2)重新連接止水夾3處的橡皮管，更換滴有酚酞的水(換成無色的)，重復(fù)噴泉實(shí)驗操作的實(shí)驗步驟，實(shí)現(xiàn)噴泉實(shí)驗的循環(huán)使用。

4 創(chuàng)新實(shí)驗原理

加熱圓底燒瓶1中的濃氨水，此時氨氣的生成速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的溶解速率，因此氨氣不會形成倒吸。打開止水夾1、2，關(guān)閉止水夾3，并且停止加熱濃氨水以后，此時氨氣的溶解速率相對與生成速率來說更有優(yōu)勢，因而立刻形成美麗的紅色噴泉。如果整個操作過程都比較規(guī)范的話，水溶液最終可以充滿整個燒瓶，實(shí)驗效果非常明顯。

當(dāng)然，要想保證實(shí)驗成功，有些細(xì)節(jié)方面還需注意，如：帶著花灑的導(dǎo)管，要盡量深入到圓底燒瓶2的底部，以便于空氣的排出；連通止水夾2的導(dǎo)管，在圓底燒瓶2中不能伸入太多，與塞子平齊或比塞子略高一點(diǎn)即可；大燒杯中的溶液變紅后，要用酒精燈繼續(xù)加熱濃氨水30 s左右，將圓底燒瓶2中的空氣排盡；在關(guān)閉止水夾2，打開止水夾3時，稍微持續(xù)加熱一會再撤去酒精燈，再將止水夾1關(guān)閉，以便將止水夾3所在的導(dǎo)管中的空氣也排盡；一次實(shí)驗結(jié)束，再次進(jìn)行實(shí)驗時，要將止水夾1與止水夾3之間的橡皮管拔掉，否則會影響圓底燒瓶2中溶液的流出。

5 創(chuàng)新實(shí)驗優(yōu)點(diǎn)

(1)裝置中的氨氣是現(xiàn)場制備的，減少了氨氣在實(shí)驗室制備過程中以及將氨氣從實(shí)驗室運(yùn)送到教室的過程中的泄露問題。而且可循環(huán)使用，裝一次試劑即可完成12～15次的噴泉實(shí)驗，幾乎可以滿足一個年級的實(shí)驗需求。

(2)實(shí)驗時可以使整個裝置中(包括所有的導(dǎo)管中)都充滿氨氣，因此“紅色噴泉溶液”幾乎可以充滿整個燒瓶，使學(xué)生更深刻的理解氨氣極易溶解的性質(zhì)，并深刻體會到氣體壓強(qiáng)所帶來的神奇效果，同時加強(qiáng)學(xué)生防倒吸的安全意識。

(3)使用了自制的花灑，使噴泉實(shí)驗更具有觀賞性，讓學(xué)生可以更深刻的體會到化學(xué)之美。