创新实验教育教学的研究设立思考

2022-09-21 16:45:31 来源:写作指导

摘要:氨气是中学阶段接触的唯一碱性气体,对于初学者而言,对氨气性质的理解来源于操作简单、现象明显的喷泉实验。而对氨气喷泉实验本质原理的透彻分析后,便能对其他的气液喷泉实验类型进行举一反三,所以氨气喷泉实验的地位举足轻重。为培养创新型师资,提高师生的探究意识,结合教材实验的一些不足之处,本文设立了的将氨气的制取、收集、性质及喷泉实验融为一体的实验。实验结果表明实验效果非常明显,既有利于改善原始实验的不足之处,又有利于培养学生的创新与探究意识。

关键词:氨气喷泉实验;一体化;实验改进

0引言

高中化学中,抽象、繁杂是大多数学生对化学的整体认知,所以在教学中,演示实验对于学生学习枯燥的化学知识有莫大的帮助。对演示实验的进行适当的改进,毋庸置疑,是高中化学教学改革推进的必然。氨气是高中阶段唯一接触的碱性气体,该气体极易溶于水的性质以及其水溶液呈碱性的性质在高中阶段都是非常重要的知识。喷泉实验出现在高中化学必修一第四章第四节,可通过该实验非常明显的宏观实验现象让学生明确氨气主要的两个性质(氨气易溶于水、氨气水容易呈碱性)。2020年全国Ⅲ卷高考第十题便考查到了学生对喷泉实验原理的理解,如图1所示,在氨气喷泉实验的基础进行延伸,如果不借助实验演示,学生很难理解掌握这些性质。氨气的喷泉实验很好地同时诠释了氨气这两个性质,所以对这个实验的演示显得非常有必要。必修一教材上对其实验的操作示范是:提前制备、收集好纯净干燥的氨气并密封保存好,在课堂上将收集好氨气的圆底烧瓶瓶塞换成演示喷泉实验时要用的带有胶头滴管、长玻璃导管的瓶塞,再进行氨气的喷泉实验演示,如图2所示。教材中设计原实验装置及方法存在较多缺点:(1)从收集好到演示喷泉实验过程中,需更换塞子,容易造氨气泄露,污染环境,不符合绿色化学的思想;(2)若氨气泄露,会造成喷泉实验现象不明显;(3)此种设计,要求收集氨气的圆底烧瓶必须足够干燥,不然就有可能现象不明显;(4)试剂药品用量较大;(5)在操作过程中,发现打胶头滴管的塞子并不好操作,容易造成漏气,从而演示不成功。本着以上这些的劣势,本文计划将氨气的制取、收集、喷泉实验及性质检验进行一体化完成,让操作更简便、节约资源、保护环境的角度,对该实验装置进行改进优化,既可以保证在课堂上短时间内有效演示,又可以培养学生严谨的科学态度和社会责任感。

1实验的改进设计

1.1装置的创新与改进

为使整个装置的课堂演示更方便、高效,笔者将氨气的制取、收集、喷泉实验三者融为一体。氨气的制取和喷泉实验的引发都改为注射器,对试剂的需求量更少,操作更方便,此装置可随关随停,为防止过量的氨气逸出污染环境,设置了尾气处理装置,以便增强学生的环保意识。

1.2原料改进

教材实验制取氨气是将固体氢氧化钙与固体氯化铵混合加热,采用向下排空法收集氨气,并用湿润红色石蕊试纸验满,此方法耗时较长,且无尾气处理,不便于进行课堂演示。为能快速收集满氨气,笔者选用在氢氧化钠固体上滴加浓氨水可以快速制取氨气,操作方便、无需加热,速率快,满足课堂演示实验的需求。

2实验装置及原理

整套改进装置如图1所示,强氧化钠溶于氨水使平衡体系中氨气浓度增大,再利用氢氧化钠的溶解放热,使氨气从溶液体系中逸出从而制备氨气,产生的氨气进入圆底烧瓶,多余的氨气进入尾气处理装置。待氨气收集满后,将注射器中的水注入圆底烧瓶,氨气极易溶于水,迅速溶解,形成负压,大气将烧杯内的水压入烧瓶,形成喷泉。

3改进实验

3.1实验用品

实验仪器:250mL圆底烧瓶、500mL烧杯(2个)、大试管、针管2个(30mL、5mL)、橡胶塞1个、止水夹3个、乳胶管。实验试剂:浓氨水、氢氧化钠(固体)、蒸馏水、酚酞溶液等。

3.2实验操作过程及现象

(1)连接好装置如图3所示,检查好组装装置的气密性。(2)向A烧杯内盛有3/4的蒸馏水(提前滴加几滴酚酞,B烧杯内盛有少量蒸馏水尾气处理);试管中转入少量强氧化钠固体,试管上方的注射器里装入约20mL左右的浓氨水;圆底烧瓶下方的注射器中加入约5mL的蒸馏水。(3)关闭止水夹b,打开止水夹a和c,把浓氨水缓慢注入试管内,可以观察到试管及B烧杯均有大量气泡产生,说明氨气正在产生并收集,直至收集满氨气为止(B烧杯无气泡时)。(4)等试管内的反应结束时,关闭止水夹a、c,将烧瓶下方注射器中的注入圆底烧杯后,打开止水夹b,可以看到A烧杯内酚酞溶液沿导管上升逐渐进入到烧瓶内,形成非常明显的红色小喷泉,如图2所示(依次为:未形成、充入1/3/、2/3、充满)。

3.3实验优点

(1)本实验将氨气的制备、收集、性质的验证及尾气处理等多合一,可以在一套装置中将氨气的多个知识进行整合性学习、系统性学习。(2)氨气的制备、收集、喷泉实验演示操作简便,随用随开,随关随停。所涉及实验不需分步进行,不需加热、换瓶操作,可以一气呵成,步骤不繁琐,操作简单。(3)符合绿色化学理念:涉及实验试剂原料使用量少,强氧化钠固体只需要几克,浓氨水10mL便可以收集满一圆底烧瓶,体现节约型原则;产生多余的氨气进行尾气处理,不存在氨气泄露污染环境的问题。(4)演示现象明显,可连续使用,烧瓶无需干燥,实验引发快速,整个操作在3min内便可完成,有利于做课堂演示实验。4注意事项要达到本实验能够在课堂上广泛应用,现象必须迅速且明显,必须做到以下两点:(1)装置的气密性要好,否则收集氨气收集不满,难以达到明显的喷泉效果或者难以将喷泉充满整个烧瓶。(2)浓氨水的量不要少于10mL,否则充不满250mL圆底烧瓶;注射器中的蒸馏水不要少于5mL,否则内外压强差不明显,形成的喷泉效果不明显。

参考文献

[1]吴星.对高中化学核心素养的认识[J].化学教学,2017,(5):3.

[2]人民教育出版社,课程教材研究所,化学课程教材研发中心.义务教育教科书化学(上册)[M].北京:人民教育出版社,2019:110-111.

[3]王钰玮.“氨溶于水的喷泉实验”改进[J].中学生数理化•教与学,2019,(01).

作者:李娅 单位:达州嘉祥外国语学校