吸熱反應實驗的再改進

楊麗娟 張麗敏 馬怡陽

摘要： 利用可逆測溫試紙、玻璃水槽、玻璃鐘罩以及玻璃試管等實驗材料，設計并制作中學化學吸熱反應實驗裝置。該裝置既能測出吸熱反應過程中的溫度變化，又能大幅降低有毒試劑的用量并消除生成物氨氣對環(huán)境的污染，從而解決教材中吸熱反應實驗存在的問題，提高了化學教學效果。

關鍵詞： 可逆測溫試紙； 吸熱反應； 實驗裝置改進； 實驗探究

文章編號： 1005-6629（2023）04-0074-03

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1? 問題提出

為了證實吸熱反應的客觀存在，高中化學教材［1， 2］中設計了吸熱反應實驗（如圖1所示），這種實驗方法具有取材容易、方法簡單、操作方便等諸多特點。但也存在一些不盡如人意的地方，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：其一，實驗選用20克有毒試劑氫氧化鋇，反應產(chǎn)生的生成物氨氣也會污染教學環(huán)境，很不適合當今的環(huán)保要求，不利于培養(yǎng)學生的環(huán)保意識；其二，反應吸收的熱量常常難以降到冰點使木板與燒杯底凍結在一起，

實驗結果與實驗預想大相徑庭;

其三，即使木板與燒杯粘在一起，也容易使學生產(chǎn)生一定的誤解，因為也可能是水的表面張力所致。教材中吸熱反應實驗存在的這些問題，無助于課堂教學質(zhì)量的提高。因此，有必要再作深入的探討和改進。

2? 相關研究簡介

廣大化學教師對該實驗做過很多研究，成果頗豐，并在省級以上期刊發(fā)表研究論文數(shù)十篇。在發(fā)表的論文中，實驗方法雖有所改進，但仍有不足之處：一是有的實驗方法［3～5］雖然進行了一定的改進，但生成物氨氣仍然外逸，沒有從根本上解決污染問題，沒有達到化學實驗綠色化的基本要求；二是有的實驗方法［6］即使利用熱敏溫度計代替常規(guī)溫度計，增大了實驗的可觀察性，但熱敏溫度計的熱敏探頭容易被腐蝕；三是有的實驗方法［7～10］使用有毒的氫氧化鋇晶體的量仍較大，依然會對環(huán)境造成一定的污染。為此，很有必要對現(xiàn)行化學教材的實驗方法作進一步深化研究，使設計出的實驗方法和實驗裝置更具科學性、合理性和環(huán)保性，充分發(fā)揮化學實驗的教學功能，更好地為化學課堂教學服務。

3? 設計理念

根據(jù)吸熱反應反應物Ba（OH）2·8H2O有毒、反應生成污染物氨氣、反應前后具有溫度變化以及反應時需要進行攪拌等特點，在設計實驗裝置時必須注意以下幾點：一是要有意識地減少反應物Ba（OH）2·8H2O的用量；二是要有氨氣吸收裝置和檢驗方法；三是要有測溫措施；四是要有攪拌功能。并且盡可能地使攪拌、反應、測溫以及氨氣的吸收、檢驗一體化完成，簡化實驗操作過程，從根本上解決教材中原實驗存在的問題，特別是氨氣的吸收與檢驗、測定反應前后的溫度變化以及反應物的攪拌等問題，使設計者的一些新構想、新理念、新發(fā)現(xiàn)能夠有機地融入整個實驗設計之中，從而實現(xiàn)實驗改革的目的。

4? 設計方法

實驗設計理念是為實驗設計方法服務的，它使實驗改革的目標更加明確、更具針對性，從而在實驗設計、改革創(chuàng)新、選擇材料、儀器組裝、實驗效果等方面實現(xiàn)化學改革的新設想，充分發(fā)揮化學實驗在化學教學中的基本功能。本次改進盡量減少Ba（OH）2·8H2O的用量{2g氫氧化鋇晶體［Ba（OH）2·8H2O］和1g氯化銨晶體作為反應物即可}。

由于吸熱反應生成的氨氣在水中的溶解度較大，

極易溶于水，在常溫、常壓下，1體積水中就能溶解700體積的氨氣，因此吸收氨氣可利用冷水進行密封吸收，用無色的酚酞檢驗氨氣。吸熱反應前后溫度變化的測定，可利用可見度較大的可逆測溫試紙（如圖2所示）完成。反應物的攪拌可通過螺旋狀粗銅絲的旋轉實現(xiàn)。新的實驗裝置一定要具備簡單、實用、美觀、環(huán)保等特點，不僅能夠順利完成實驗教學任務，而且通過實驗還會給人一種美的享受。

5? 實驗原理

（1） 氫氧化鋇晶體與氯化銨的吸熱反應

Ba（OH）2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O-Q

（2） 氨氣溶于水，生成氨水，顯堿性

NH3+H2ONH3·H2O

（3） 酚酞遇堿變紅

6? 實驗方案

6.1? 實驗材料

試管（2cm×20cm）1支；可逆測溫試紙（0～50℃）1條；滴管1支；圓形玻璃水槽（直徑27cm）1個；玻璃鐘罩（150mm×280mm）1個；單層玻璃杯（口徑5.3cm，底徑6.5cm，高19.5cm）1只；4號橡膠塞1只、11號橡膠塞1只；粗銅絲（35cm）1根；錐子1把；打孔器1套；圓木銼1把；鐵鉗1把

氫氧化鋇晶體；氯化銨；蒸餾水；酚酞溶液；玻璃膠

6.2? 實驗準備

（1） 取1個圓形玻璃水槽（直徑27cm），用玻璃膠將單層玻璃杯粘接在玻璃水槽的中央（如圖3所示）。

（2） 取1只11號橡膠塞，用打孔器和圓形木銼，在其中間打一個透孔，然后將1支試管（2cm×20cm）插入其中，在試管的外側貼上可逆測溫試紙（如圖4所示）。

（3） 將裝有試管的膠塞塞在玻璃杯杯口處（如圖5所示）。

（4） 取4號橡膠塞1只，將1根粗銅絲（長35cm）從膠塞的中心穿過，用鐵鉗將兩端分別彎成螺旋狀和搖把狀（如圖6所示）。

6.3? 實驗裝置

實驗裝置（如圖7所示），其中：A.粗銅絲搖把；B.玻璃鐘罩；C.玻璃杯；D.試管；E.可逆測溫試紙；F.玻璃水槽；G.蒸餾水與酚酞溶液；H.氫氧化鋇晶體與氯化銨的混合物。

6.4? 實驗過程

（1） 試管中分別加入2g氫氧化鋇晶體［Ba（OH）2·8H2O］和1g氯化銨晶體，此時可逆測溫試紙的溫度為20℃。

（2） 在水槽中加入蒸餾水，使水深4～5cm，然后加入幾滴酚酞溶液并攪拌均勻；扣上玻璃鐘罩，鐘罩的上口塞上帶有粗銅絲的膠塞，并調(diào)節(jié)銅絲的高度，使下部的螺旋狀恰好與試管底部相接觸。

（3） 用手順時針或逆時針搖動粗銅絲的搖把，不斷攪動試管底部的反應物，可觀察到可逆測溫試紙上所顯示的溫度逐漸下降至5℃。玻璃水槽內(nèi)的溶液逐漸變紅，由此驗證此反應為吸熱反應，產(chǎn)生的氨氣被蒸餾水吸收使其顯堿性，酚酞遇堿變紅。

7? 幾點說明

（1） Ba（OH）2·8H2O有毒，減少其用量，既可降低污染，又可節(jié)省實驗費用。

（2） 實驗裝置制作成功以后，可以多次使用。

（3） 可逆測溫試紙?zhí)詫毦W(wǎng)有售，不同測溫范圍可以任選。

（4） 可逆測溫試紙物美價廉，適合實驗使用。

（5） 可逆測溫試紙可以多次使用，不易破損，溫度升高與降低均可顯示。

（6） 實驗完畢后，將水槽內(nèi)的氨水、試管內(nèi)的生成物倒入指定的容器內(nèi)，將儀器用水沖洗干凈備用。

8? 結語

通過可逆測溫試紙在化學實驗中的應用，我們發(fā)現(xiàn)，利用可逆測溫試紙測定實驗過程中的溫度變化，具有簡單、準確、可靠、便于觀察、趣味性強等諸多特點，具有一定的應用價值，深受師生的好評。

參考文獻：

［1］人民教育出版社化學室編著. 全日制普通高級中學教科書（必修）·化學（第一冊）［M］. 北京： 人民教育出版社， 2003： 19.

［2］王祖浩主編. 普通高中課程標準實驗教科書·化學2［M］. 南京： 鳳凰出版?zhèn)髅郊瘓F江蘇教育出版社， 2007： 35.

［3］李靜雯. 八水合氫氧化鋇與氯化銨吸熱反應實驗改進［J］. 教學儀器與實驗， 2014， （9）： 35.

［4］蒯世定， 劉懷樂. 關于吸熱反應實驗的研究［J］. 化學教學， 2002， （5）： 12.

［5］楊軍軍. 氫氧化鋇晶體于氯化銨吸熱反應的實驗改進［J］. 中小學實驗與裝備， 2015， （2）： 32.

［6］張春俠， 趙研. 吸熱反應實驗的環(huán)保改進［J］. 教學儀器與實驗， 2009， （3）： 23.

［7］任德懷. 對晶體反應吸熱實驗的改進［J］. 教學儀器與實驗， 2004， （3）： 22.

［8］方蘭， 劉煒， 但世輝. 氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體吸熱反應的實驗改進［J］. 中學化學， 2015， （2）： 31.

［9］李靜雯， 陳銘. 吸熱反應實驗創(chuàng)新設計［J］. 化學教學， 2015， （4）： 53.

［10］譚文生. 八水氫氧化鋇與氯化銨反應實驗的改進［J］. 教育與裝備研究， 2016， （8）： 54.