安師大化學教學論教案01化學教學實驗研究選編-10氨的反復變色噴泉實驗新設計

實驗十氨的反復變色噴泉實驗新設計一、實驗目的1.激發(fā)學生學習興趣，活潑學生思維，提高學生設計實驗的能力。2.研討氨的噴泉實驗的教學方法。二、實驗設計思路在連通裝置內，利用氨氣極易溶于水(在常壓下，293K時水可溶解氨的體積比為1:700)，使容器內壓急聚減小，外界大氣壓將低處不同的溶液壓入到容器內而形成內噴泉。根據氨與酚酞溶液和硫酸銅溶液反應的有關性質，控制不同溶液先后噴入順序和噴入量而形成反復變色的噴泉。三、實驗的化學反應原理(1)NH3+H2O=NH3?H2O=NH+OH— 使酚酞溶液變成紅色(2)2CuSO4+2NH3·H2O=(NH4)2SO4+Cu2(OH)2SO4↓ 淺藍色絮狀沉淀(3)Cu2(OH)2SO4+8NH3=2[Cu(NH3)4]2++SO+2OH— 深藍色溶液(4)CuSO4+H2O=Cu(OH)2+H2SO4 淺藍色渾濁液(5)2NH3·H2O+H2SO4=(NH4)2SO4+2H2O 無色溶液四、實驗用品20×200mm硬質試管1支，酒精燈1盞，鐵架臺(附鐵夾和鐵圈)1付，500mL圓底燒瓶1只，500mL礦泉水塑料瓶(或洗滌劑塑料瓶)2只，止水夾2只，Y型管1支，帶單孔橡皮塞的尖嘴玻璃導管1支，帶單孔橡皮塞的直導管3支；NH4Cl晶體，Ca(OH)2粉未，3%CuSO4溶液，1%酚酞試液，紅色石蕊試紙。五、實驗裝置實驗裝置如圖11-1所示。六、實驗步驟及其實驗現象1.用向下排氣法收集一燒瓶干燥的氨氣，然后塞緊帶尖嘴玻璃導管的橡皮塞。圖11-1氨的反復變色噴泉實驗裝置1、酚酞溶液2、3%CuSO4溶液3、小孔4、氨氣a、b、圖11-1氨的反復變色噴泉實驗裝置1、酚酞溶液2、3%CuSO4溶液3、小孔4、氨氣a、b、c為止水夾3.按11-4.實驗開始時，打開止水夾a和b，用拇指堵住盛放酚酞溶液的礦泉水塑料瓶上部的小孔，并擠壓出數滴溶液進入圓底燒瓶內，立即松開手，可見圓底燒瓶內產生紅色噴泉。5.當圓底燒瓶內約有1/4體積的紅色溶液時，關閉止水夾b，6.當圓底澆瓶內有約3/4體止。七、問題與研究1.實驗裝置氣密性要好。特別是單孔橡皮塞要與圓底燒瓶口配套、塞緊、不漏氣。2.圓底燒瓶內部要干燥；收集的氨氣應干燥而充滿瓶中。3.尖嘴玻璃導管口徑大小應適中，以2mm左右為宜，可維持噴泉有一定時間。每個礦泉水塑料瓶上部都應打一口徑適中的小孔。否則，溶液噴不上去。4.硫酸銅溶液的濃度不宜過大。否則，既浪費試劑又使燒瓶里的溶液顏色變化不易調控。5.控制溶液先后噴入順序和噴入量，可產生不同顏色層次的噴泉現象。如先擠入硫酸溶液時，將會先產生深藍色噴泉。6.該實驗涉及的化學反應較多，在教學中應配有啟發(fā)性分析講解，使學生能更好地理解不同實驗現象產生的原理。另外，硫酸銅溶液與氨水反應生成堿式硫酸銅的化學式目前還有爭議，為了簡便起見，本文仍寫為原來的化學式。7.請查閱有關參考文獻，對各式各樣的噴泉實驗裝置進行歸類，并比較它們的優(yōu)點和不足之處。[參閱：王治江，熊言林．另類噴泉實驗例談．化學教學，2003,(10):10~11]八、實驗優(yōu)點該實驗將氨氣極易溶于水，其水溶液呈堿性以及與硫酸銅溶液反應的有關信息集中于一體，使實驗內容拓展、容量大，實驗設計新穎，現象變化鮮明，富有趣味性、啟發(fā)性和發(fā)展性。該實驗裝置、還可用于其他氣體(如HCl、H2S、CO2、SO2等氣體)反復變色的噴泉實驗。在該實驗裝置中，用了生活廢棄物代替實驗儀器，這將給實驗設計者的一種啟示。圖11-2噴泉實驗裝置圖11-2噴泉實驗裝置1、氣體2、膠頭滴管3、水從物理學角度來分析探討假定實驗裝置如圖11-2所示。設圓底燒瓶容積為250mL，玻璃導管長為35cm，膠頭滴管內擠出約0.5mL的水，那么0.5mL的水要溶解多少毫升的氣體，水才能從尖嘴導管中噴出來呢？在實驗中，要讓水順利噴出燒瓶內必須有一個壓強差(設為△P)?！鱌為多大才能產生噴泉？在通常情況下，1atm相當于10.34m高的水柱產生的壓強，由此可知：1atm:10.34m=△P:0.35m，△P=0.034atm，即燒瓶內氣體壓強至少減少至0.966atm時，才有可能從尖嘴管內噴出液體。而在通常情況下氣體溶解度多大才能使壓強差(△P)達到0.034atm呢？根據道爾頓分壓定律：P總·V分＝P分·V總，有1atm·V分＝0.034×250，V分＝8.5mL，即此壓強差相當于8.5mL氣體所產生的壓強，因而滴管中擠出0.5mL水只要溶解8.5mL(或大于它)的氣體就可把水噴出。根據氣體溶解度定義知，0.5:8.5=1體積水:V氣，V氣=17體積，即當氣體溶解度大于或等于17，就能成功地進行噴泉實驗了。由上述推斷可知：(1)一般情況下，溶解度大于17的氣體都可完成噴泉實驗，如HX(X為F、Cl、Br、I)、NH3、SO2等。(2)一些在水中溶解度不大的氣體，如Cl2、CO2、H2S等很難用水來產生“噴泉”，但改用與Cl2、CO2、H2S等迅速反應的KI溶液或NaOH溶液等，也可以產生滿意的噴泉效果。(3)要在短時間內使燒瓶內壓強減少(達到應有的壓強差)，還應在收集氣體時做到燒瓶干燥，不漏氣并要充滿氣體。(4)可以調整玻璃管的長度以及燒瓶容積的大小使壓強差達到一定值，以獲得更滿意的噴泉效果。九、實踐活動[想一想]1.氨的反復變色實驗中哪些條件比較難以控制？為使其達到更好的實驗效果應如何改進？[做一做]1.請設計一套簡單的實驗裝置，較為清晰準確的呈現該實驗。[點擊]1.氨的性質――噴泉（flash）/Article_Print.asp?ArticleID=3792.噴泉――動畫/kz/hx/lzl6/images/New_Folder/2dongfla/dong35.swf[連接]1.氨的制取和性質的實驗探討HYPERLINK"/Article/ShowArt