氨气喷泉实验的开放性教学

氨气喷泉实验的开放性教学
江苏启东市汇龙中学周鑫荣
一、设计的构想
氨气喷泉实验是中学化学实验现象最生动直观的实验之一，该实验蕴含着十分丰富的化学、物理学原理，同时是个难度较大、富有探究意义的课题。

以往更多关注喷泉实验形成的原因、成功的关键等，随着新课程深入，其更重要是依据实验原理，引导学生进行实验的探究、设计、变化等其他形式，用开放性教学形式多角度、多侧面引领学生主动进行探究，培养学生创新思维。

开放性教学范畴很广，其中有几点是比较重要的：⑴学习环境是自主的、合作的、探究的，学习的方式是多样的；⑵涉及问题的答案不是唯一；⑶课堂教学主体是学生、面向全体学生。

旨在培养学生的主体参与，能够在民主宽松的学习环境中，使学生课堂中活动时间增多，学习动机增强，思维活跃，讨论积极，师生之间、同学之间交流明显增多，最大限度地掌握知识，启迪智慧，激发学生思维的积极性和创造的火花，增强学生创新意识和创新思维。

设计中首先演示氨气喷泉实验（图1），通过鲜艳的红色、明显的效果、有趣的现象，给学生们深刻的印象，再来回答几个常规问题：⑴形成喷泉的原因？⑵溶液为什么变红？
⑶喷泉实验成功的关键？⑷喷泉的液体为什么不能充满整个烧瓶？接下去逐个提出
具有开放性的问题，创设研讨氛围，在个人思考基础上，以小组为单位探讨方案。

每个
组围绕问题展开热烈而富有成效的讨论，提出设想在全班展示交流，在教师引导下集体讨论评价，有条件可通过实验验证。

二、组织的过程
（一）：氨极易溶于水性质实验的开放性
开放性问题：
氨气喷泉实验揭示一个性质——氨气极易溶于水，除了喷泉实验外，同学们还能设计哪些实验让氨极易溶于水？
学生研讨后的可行性方案列举：
1、用收集满氨气的大试管，倒立在装有水的水槽中，观察现象
2、用收集满氨气的小试管，放入一滴水，立即用大拇指堵住管口，感觉拇指。

3、用干净塑料矿泉水瓶收集满一瓶氨气，向瓶内滴入一滴水，立即旋紧瓶塞，观察现象。

4、用烧瓶收集满一瓶氨气，塞上双孔橡皮塞（一孔插入吸有水的胶头滴管，一孔插玻璃导管，玻璃管的下端有一气球）如图2，滴入水，观察现象。

5、收集一烧瓶氨气至满，用双孔橡胶塞紧（一孔插吸有水的胶头滴管、一孔插玻璃导管，玻璃导管另一端插入水中）如图3，滴入水，观察现象。

6、收集一锥形瓶氨气至满，用双孔橡皮塞塞紧（一孔插吸有水的胶头滴管，一孔插玻璃导管，另一端跟U形管相连，U形管中有红色溶液）如图4，滴入水，观察现象。

实验1—4教师有所准备，气体收集好、仪器装置齐全，直接让学生上台演示完成。

实验1现象为水面迅速上升；实验2中拇指被试管紧吸，试管正放不掉；实验3中塑料矿泉水瓶发生扭曲，并发生“叭啦”响声；实验4中气球气球迅速膨胀变大；实验5、6教师无准备，只能与学生一起预测：实验5会形成快速倒流现象；实验6中U形管中红色溶液，会左高右低，建议有兴趣同学到实验室完成。

小结：由于氨气具有极易溶于水性质，在密封容器遇水后会使容器压强减小，通过水喷出、倒流、气压变化等现象来验证。

（二）：形成喷泉现象的气体的开放性
开放性问题：
氨气极易溶于水形成喷泉现象，根据产生喷泉的条件，其他气体（如HCl、SO2、CO2、Cl2等）能否形成喷泉，请同学们设计对应的方案。

学生研讨后的可行性方案列举：
准备一烧瓶收集满CO2气体，滴入NaOH溶液，让两名学生演示喷泉实验，实验成功说明方案可行，让学生感受自己设计方案成功的快乐。

小结：用氨气喷泉实验装置演示其他气体的喷泉实验，只要满足烧瓶气体易与水反应（溶解）或烧瓶中气体易与某种溶液反应，使气体的物质的量迅速减少，烧瓶内压强迅速大幅度变小就行。

（三）：不同颜色的喷泉实验的开放性
开放性问题：
氨气喷泉实验能形成鲜明的红色溶液，能否设计出其他不同颜色的喷泉？
学生研讨后的可行性方案列举
准备一烧瓶收集满HCl气体，烧杯中有稀AgNO3溶液，滴入水，让两名学生共同演示喷泉实验，水喷出后在烧瓶中形成乳白色液体。

小结：结合气体的化学反应及生成物具有的性质，可以设计不同颜色的液体。

（四）：装置变化的喷泉实验的开放性
开放性问题：
与图1相比图5少了胶头滴管，如果只提供图5的装置，请说出引出喷泉的各种方法。

学生研讨后的可行性方案列举：
1、打开夹子，用手（或热毛巾等）将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，赶出玻璃管内空气，冷却后就会形成喷泉。

2、打开夹子，在长玻璃导管下端连接一塑料皮管，抽气一段时间，拨出塑料管，再把长玻璃导管伸入水中。

3、打开夹子，用医用注射器，通过长玻璃导管，将水注射烧瓶中，立即将长玻璃导管插入水中。

4、在烧瓶外壁用冷却剂冷却一段时间再打开夹子。

5、想办法密封烧杯的上口，打开夹子，往烧杯中充入空气，也可引发喷泉。

6、将图5装置置于高压舱中，亦可引发喷泉。

准备烧瓶收集满氨气及对应装置、电吹风，让两位学生完成喷泉实验,体验方案可行。

小结：形成喷泉有两个方面：一是想办法使烧瓶内压强大辐度减小，二是想办法使烧瓶外压强大辐度增大。

（五）喷泉溶液浓度的开放性
开放性问题：
理论上用收集满纯NH3的烧瓶做喷泉实验之后，水会充满整个烧瓶，最后溶液的物质的浓度为V L÷22.4 L·mol-1÷V L = 1/22.4 mol·L-1，还有哪些气体也能到同样的物质的浓度？
学生研讨后的可行性答案列举：
1、不纯的氨水与水的喷泉后溶液
2、纯的氯化氢与水的喷泉后溶液
3、不纯的氯化氢与水的喷泉后溶液
4、NO2气体与水的喷泉的溶液
小结：凡是实际形成溶质的对应气体体积等于水向上升的体积的形成的溶液，其溶液物质的量的浓度均为1/22.4 mol·L-1。

但如NO2、O2混合气体做喷泉实验，最后溶液物质里浓度就不是1/22.4 mol·L-1，4NO2+O2+2H2O = 4HNO3，形成溶质对应气体的体积小于水面上升的体积。

三、实施后体会
通过这一节课的教学实践，学生们一致认为这节课效果很好，不仅学到了知识，而且还学到了善于分析问题、思考问题、解决问题的方法。

课堂气氛和谐，主动参与的积极性高，同学与同学、同学与老师间合作交流较多、思维活跃，自己在想办法创新，在与同学合作交流中学会了怎样创新，对同一问题学会从不同角度、不同侧面去思考，用不同方法去解决。

教师在课堂上要创设开放性问题情境，组织学生讨论交流，营造良好互动的课堂气氛，激发学生的学习欲望和思维发展；要鼓励学生大胆地构想、创新、探究，对好的方案给予高度的评价，其他方案提出一些合理化建议；要尽可能准备学生可能想到的方案的实验用品，来验证学生的方案，使学生获得成功的体验，感受到成功的快乐。

整个课堂设计组织流畅很有新意，全体学生参与了思考，开展了合作交流，提出了很有创意的方案，动手做了部分实验，弄懂了知识规律，发展了思维、培养了能力、初步体现了新课程中学生自主、合作、探究学习的发展方向。