合成氨演示实验一体化设计-《化学教学》(2020年10期).docx

龙源版权所有 合成氨演示实验一体化设计作者：石志新 石朴桓 张贤金来源：《化学教学》2020年第10期 摘要： 受诸多条件限制，现行高中化学教科书中的合成氨实验，在中学教学中难以演示。运用数字化技术重新设计合成氨实验，不仅实现实验装置一体化、微型化，而且可探究不同温度下氨气的产量和反应速率。该实验用时少、现象明显、稳定性好。实验装置简单，信息化程度高，便于一线教师操作与使用，易于推广。 关键词： 合成氨实验; 装置一体化; 实验改进; 课堂演示 文章编号：2020 中图分类号： G633.8 文献标识码： B 1 问题提出 合成氨是人类科学技术的一次重大突破，是化学与技术对社会发展的巨大贡献之一;合成氨流程是中学实验教学中的一个经典范例，也是学生理解并运用化学反应速率、化学平衡移动知识的重要载体。化学实验是最直观有效的教学方式，重视该实验并确保实验成功，是充分发挥其教学功能和价值的重要前提[1]。然而，由于中学实验室存在氢气、氮气和催化剂较难获得，气体流量难以精确控制，高温高压的反应条件不易实现和低浓度氨不易测定等因素，该实验在教科书中仅给出反应原理，没有提供实验设计，致使实际教学中常用视频、动画展示或教师口头讲解。为了解决这些問题，不少教师在实践中对合成氨实验作了改进与创新，比如余方喜等[2]利用H2在储气瓶中燃烧的方法制备H2和N2混合气，以“暖宝宝”贴片中的发热剂与砖屑混合物为催化剂，用气室法检验微量NH3，改进了合成氨的演示实验;郑雅兰等[3]组合、优化中学实验室常见的玻璃仪器，完成了在常压、酒精灯加热条件下的合成氨反应装置的设计;周慧珍[4]以气体实验微型装置中的双球管为主，设计了合成氨的微型实验。以上实验均基于传统思维，利用普通玻璃仪器进行探究，能在宏观角度形象化地帮助学生理解实验，但是实验中新技术、新设备使用不足，实验过程的气体流量、加热温度控制均处于模糊状态。 本实验基于教育信息化理念，结合现代数字化技术，对合成氨演示实验进行一体化设计。试验过程试用各种化学仪器，筛选出适合并耐用的仪器，列出所需仪器的名称、厂家、规格等信息，便于一线教师参考时使用;利用气体流量计和控温加热炉将实验过程中气流和温度控制精确化;根据氨气溶于酚酞溶液时溶液颜色会变化，尝试多种pH试纸配制饱和溶液进行产物检测，得出pH试纸（8.2～10.0）浸泡所得的饱和溶液作为产物氨气的检测液现象明显;通过比较300℃、 400℃、 450℃、 500℃、 600℃、 700℃六个不同温度时氨气的产量和速率，来说明本实验的稳定性及最佳温度。本设计的实验器材要求合理、用时少和实验现象明显，实现了实验装置一体化、实验数据图表化，促进了该实验的教学实施和实验信息化水平的提升，作为演示实验对引导学生理解、掌握反应速率与化学平衡等知识有较大帮助。 2 实验内容 2.1 实验目的 了解基于数字化实验技术背景下的合成氨实验;学习氨气低浓度可视化的测量方法;体验演示实验条件全景化、实验设计一体化的学习过程;掌握实验数据收集、整理、比较、分析的方法。 2.3 实验设计理念 （1） 常压化。高中教科书中该实验提供的反应条件为高温、高压，而中学实验室提供高温容易提供高压困难。若条件是高温、常压，不会改变反应机理，只影响平衡时氨的产率，而产率低实验结果就不够明显。因此，本实验通过低浓度氨气的可视化检测，实现合成氨实验的常压化。 （2） 一体化。合成氨实验中氢气与氮气制备、流量比例控制、温度控制、催化剂使用和低浓度氨气的检测环环相扣，其中任何一个环节的缺失均会使该实验无法实施。本设计将气体制备装置、气体流量控制装置、加温装置和低浓度氨气检测装置进行集成，实现了合成氨课堂演示实验装···试读结束