氨和铵盐“实验串”的设计与反思

 　通过《氨和铵态氮肥》中的喷泉实验引出相关化学“实验串”的设计，有助于学生形成元素的转化观、守恒观以及绿色化学的思想，同时可以培养学生化学实验的创新精神与实验拓展能力，并引出对化学实验重新设计的思考。 
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　　氨的性质;NH4+的检验;实验创新;教学反思 
　　2014年福建省基础教育万名骨干教师（高中化学）省级培训期间，笔者观摩了长汀第一中学戴开腾老师开设的《氨和铵态氮肥》（鲁科版）的公开课（注：虚拟教学），《氨和铵态氮肥》（鲁科版）是《化学1》第三章第二节第二课时的内容，它的能力目标是：培养学生的思维能力和科学素养;情感态度价值观目标是：培养学生的学习兴趣和严谨的科学态度。通过观摩，笔者对戴开腾老师有关氨和铵盐的“实验串”的设计感触颇多，有以下几点心得与思考。 
　　 一、课堂实验设计体现了绿色化学的思想 
　　在进行NH3与盐酸反应的实验探究中，大多数的教师是这样设计并操作的：用一干净的试管取适量的氨水（实验室事先配制好）并滴加2滴的酚酞，往试管中逐滴滴入盐酸至过量，然后引导学生观察现象并分析原因。而戴开腾老师却是这样设计的：取烧瓶中的红色溶液10mL （说明：烧瓶中的溶液是指实验探究前已经进行了NH3的喷泉实验后得到的溶液）于试管甲中，往试管甲中逐滴滴入盐酸至溶液完全褪色，观察现象并分析原因。这样就利用了NH3的喷泉实验后得到的溶液来代替实验室事先配制好的氨水，避免药品的浪费，符合绿色化学的思想。 
　　在进行铵盐与NaOH溶液的反应并检验生成的NH3的实验探究中，大多数的教师是这样设计并操作的：用一干净的试管取适量的药品（如氯化铵溶液），往试管中滴加足量浓的NaOH溶液，加热，用湿润的红色石蕊试纸在试管口检验（观察湿润的红色石蕊试纸是否变蓝）。而戴开腾老师又是这样设计的：继续向试管甲（即前面进行NH3与盐酸反应的实验探究中使用的试管）中逐滴滴入浓的NaOH溶液至溶液呈现深红色，加热试管甲，用湿润的红色石蕊试纸在试管口检验生成的气体。这样，又可以利用NH3与盐酸反应的实验探究中得到的溶液来代替药品（氯化铵溶液），充分利用实验过程得到的溶液（药品），避免药品的浪费，使学生养成节约药品的良好习惯。 
　　 二、有助于学生形成元素的转化观和守恒观 
　　课堂演示实验从烧瓶中的NH3溶于水生成NH3・H2O开始，NH3溶于水生成NH3・H2O后使得烧瓶内气体的压强急剧减小，在大气压的作用下，烧杯中的溶液（含酚酞）被压到烧瓶中形成美丽的喷泉，而且烧瓶中的溶液呈红色。烧瓶中的溶液呈红色的原因是：NH3・H2O       NH4+ + OH-，使得溶液呈碱性，酚酞遇碱变红。然后取10mL烧瓶中的红色溶液与盐酸反应：NH3・H2O + HCl        NH4Cl +H2O，实现了NH3・H2O→NH4Cl的转化并得到了稀的NH4Cl溶液。最后利用得到的NH4Cl稀溶液与浓的NaOH溶液反应：NH4Cl+NaOH       NaCl+ NH3・H2O，又实现了NH4Cl→NH3・H2O的转化，经过加热：NH3・H2O       NH3↑+H2O，最后实现了NH3・H2O→NH3的转化。学生在递进式的实验设计中掌握了从NH3→NH3・H2O→NH4Cl→NH3・H2O→NH3的转化，对学生比较系统地掌握NH3→NH3・H2O→NH4Cl→NH3・H2O→NH3的转化打下了良好的基础，同时形成N元素的转化观和守恒观。对于高一的学生而言，上述的转化过程可归纳为如下流程图： 
　　 三、授课教师具有非常强的驾驭课堂能力 
　　这次同课异构活动是在培训班进行的，也就是说坐在下面听课的是培训班的学员，这种上课的氛围与平常在教室给学生上课的氛围是不一样的。但是，戴开腾老师却能够模拟真实的教学情境，把培训班的学员当作他自己的学生进行必要的提问与引导，每位学员（学生）回答后，都会给予积极正面的评价：“回答得很好，谢谢，请大家给予掌声鼓励。”这里，笔者感触很深：笔者在以前的教学提问中，通常只对学生说：你回答得很好。培训期间也曾经在福建师大附中听过潘则南老师的课（课堂上每次提问后潘则南老师都会对他的学生说：你回答得很好，谢谢），笔者在想：在“你回答得很好”的后面再加上“谢谢”，能说明教师对学生回答的肯定，更能体现出教师对学生的关心，对学生的学习一定会有积极的促进 作用。 
　　在铵盐的不稳定性的情景引入（谁偷了我的化肥：农民小李将一袋潮湿的碳铵――NH4HCO3放在阳光下晒了一段时间，发现碳铵变少了）时，戴开腾老师提问了班长，班长回答：可能是小猫、小狗偷了化肥吧？（当然，我们知道这是班长特意为了调节气氛而这样回答的。）这时，戴开腾老师是这样回答班长的：你的想象力非常丰富，但以后上课要认真听讲，我前面已经讲过，要求大家从化学的角度出发来分析。（我们知道：毕竟下面坐了45位学员，被班长这样一“顶撞”，肯定会紧张的，甚至有下不了台的感觉。）而戴开腾老师用了一句“你的想象力非常丰富，但我要求大家从化学的角度出发来分析”就巧妙化解了班长特意给他制造的“尴尬”，体现了戴开腾老师灵活多变的教学智慧和收放自如的课堂驾驭  能力。 
　　四、教学反思 
　　烧瓶中红色溶液（即氨水）的物质的量的浓度小于0.045 mol・L-1 （标准状态下烧瓶中红色溶液的物质的量的浓度约为0.045 mol・L-1，而实际操作不可能在标准状态下进行），滴入盐酸至溶液完全褪色后溶液中NH4+的浓度变小（滴入盐酸后溶液的体积增加），此时继续向试管甲中逐滴滴入浓NaOH溶液至溶液呈现深红色来检验NH4+，可能现象不明显甚至没有现象。 
　　为了验证往稀的NH4Cl溶液中滴入浓NaOH溶液来检验NH4+时，溶液中NH4+浓度的大小对实验的影响，笔者进行如下实验：用NH4Cl固体分别配制物质的量浓度为0.05mol・L-1和0.02mol・L-1的NH4Cl溶液各500 mL，用干净的试管分别取3 mL的上述NH4Cl溶液，往试管中滴加足量的浓NaOH溶液并加热，然后用湿润的红色的石蕊试纸来检验。实验后发现：往0.05mol・L-1的NH4Cl溶液中滴加足量的浓NaOH溶液并加热，还能观察湿润的红色的石蕊试纸变蓝，而0.02mol・L-1的NH4Cl溶液中滴加足量的浓NaOH溶液并加热，现象就不明显了。因此，用浓NaOH溶液来检验“烧瓶中红色溶液滴入盐酸至溶液完全褪色后溶液”中的NH4+的关键取决于滴入盐酸的浓度，只要盐酸的浓度不是太稀，还是能观察到实验现象。所以，我们重新设计一些化学实验时，教师自己应先到实验室做实验，以免出现科学性错误。 
　　含酚酞的铵盐溶液中加入足量的浓NaOH溶液的现象是先变红后褪色，而不是戴开腾老师描述的“继续向试管甲中逐滴滴入浓NaOH溶液至溶液呈现深红色”。我们知道：酚酞是一种有机酸，在稀的NaOH溶液中酚酞呈红色的醌式结构，在浓的NaOH溶液中，酚酞会由红色的醌式结构变为无色的羧酸式结构。因此，“继续向试管甲中逐滴滴入浓的NaOH溶液至溶液呈现深红色”的描述是错误的，是我们的一种思维定势造成的错误认识。所以，实验现象的描述一定要符合客观实际，不能凭个人主观意识去判断。 
　　化学实验的目的是要求学生先认真观察实验过程产生的实验现象，然后根据观察到的实验现象来分析并说明产生该实验现象的原因，只有这样，学生才能在化学实验的过程中学会观察实验现象，通过观察实验现象来体会已经学过的化学概念与化学知识，从而理解和概括出元素及其重要的化合物的重要性质。因此，在化学实验过程中，对实验现象的观察非常重要，而正确思考和分析产生这些现象的原因则更加重要。因此，在元素及其重要的化合物的重要性质的教学中，教师要善于创设情景，尽可能地通过生动形象的教学实验环节，指导和帮助学生建立直观的形象感知，帮助学生更加深刻和准确地理解元素及其重要化合物的重要性质的知识，并能在以后的学习中加以应用。 
　　总之，在教学中根据教学内容的特点，在坚持科学性（即实验原理正确，实验方案设计科学，实验装置设计合理，实验操作规范）的基础上对某些化学实验进行重新设计和改进，既能培养学生的化学创新精神，激发学生学习化学的的兴趣，又能促进学生对化学知识的理解与掌握，帮助学生在学习化学的过程中牢固树立元素的转化观、守恒观和绿色化学的思想。