氨气与氯化氢反应的两种改进装置

摘要

按人教版高中化学教材方法进行氨气与氯化氢反应实验时发现，浓氨水和浓盐酸在空气中的挥发性特别强，存在不环保、迅速挥发后现象不明显等缺点。基于自制教具理念，设计并自制两种氨气与氯化氢反应改进装置，实验时能实现密闭、绿色、微型及反应快速，现象明显，既便于学习氨气与酸的反应原理，还能借现象吸引学生的注意力，提高其学习兴趣。

Graphical abstract

关键词

氨气与氯化氢反应 / 实验改进 / 装置 / 自制教具

氨气作为高中阶段唯一的一种碱性气体，其相关性质是学习中的重要知识点。氨气与氯化氢反应是氨气作为碱性气体证明其能与酸反应的典型实验，通过观察氨气与氯化氢反应产生大量白烟的现象，可以充分证明氨气能与酸反应，进而推出氨气与硫酸、硝酸、碳酸等也能发生反应。此反应因为实验现象非常明显，所以经常作为检验氨气的方法之一，即用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近气体，若产生大量白烟，则证明该气体是氨气。尽管教材实验操作非常简单，但依然存在不足，因此在实际教学中，很多教师考虑到师生的健康，并不会真正按教材要求完成该实验。所以，有必要对该实验进行绿色化改进。

1 教材实验的不足

人教版高中化学教材必修第二册第14页有氨气与氯化氢反应时的配图（图1）。教材实验方法为：直接用两根玻璃棒分别蘸取少量浓氨水和浓盐酸^［1］，再将两根玻璃棒相互靠近且不接触时能观察到白烟的产生。但在实际操作时，该实验存在以下不足。

（1） 在演示该实验时，蘸有浓氨水和浓盐酸的玻璃棒在空气中靠近时，由于浓氨水、浓盐酸都具有很强的挥发性，而挥发出的氨气及氯化氢气体都具有刺激性气味，对师生健康构成了危害，所以该操作并不符合“绿色化学”中提倡的化学实验要尽可能从源头减少或消除污染的理念，有必要加以改进。

（2） 教材实验方法需要用两根玻璃棒蘸取少量的浓氨水和浓盐酸，尽管药品用量少，但其挥发速率快，所以实验中产生的白烟量较少，后排学生可能观察不到白烟，导致绝大多数学生的学习积极性不高。

（3） 产生的白烟迅速扩散到空气中，会使部分学生认为生成了白色气体，而不是白色的氯化铵固体小颗粒，学生就会对氯化铵的状态有所疑惑。

2 两种改进实验装置

2.1 试剂和仪器

试剂：浓氨水、浓盐酸、氧化钙、无水氯化钙。

仪器：H形管、带橡胶塞的小药瓶、注射器、气球、导管、T形管。

2.2 实验原理

CaO+NH₃·H₂O=Ca（OH）₂+NH₃↑；

NH₃＋HCl = NH₄Cl。

2.3 两种改进方案

（1） 利用H形管实现绿色化改进。

装置简介：改进装置如图2所示，先向左侧H形管中加入氧化钙，再向右侧H形管中加入无水氯化钙；在左侧H形管的橡胶塞上连接吸有浓氨水的注射器，再在右侧H形管的橡胶塞上连接吸有浓盐酸的注射器，并在右侧H形管的橡胶塞上用导管连接气球，作为气压缓冲装置。

实验操作及现象：实验前，检查装置的气密性。即：用手捂住右侧H形管，若气球逐渐膨胀或注射器手柄向外移动，而松开手后气球变瘪或注射器手柄回到原位，则证明装置气密性良好。加入药品及试剂，同时挤压装有浓氨水和浓盐酸的注射器，左侧H形管中的浓氨水与氧化钙反应，迅速产生大量的氨气，右侧H形管中的浓盐酸与无水CaCl₂接触，水被无水CaCl₂吸收生成CaCl₂·2H₂O，使得浓盐酸迅速挥发并产生大量氯化氢气体，H形管左右两侧产生的氨气和氯化氢气体接触，反应产生大量白烟，气球不断膨胀，证明氨气能与氯化氢气体反应并产生白烟。一段时间后气球变瘪，在H形管内壁能观察到有白色晶体附着，证明产生的白烟为氯化铵的固体小颗粒。

（2） 利用小药瓶实现绿色化改进。

装置简介：若实验室没有H形管，则可以利用带橡胶塞的小药瓶改进该实验，改进装置如图3所示。方法：分别在左右两个小药瓶中加入氧化钙和无水氯化钙；先在左侧小药瓶的橡胶塞上连接吸有浓氨水的注射器，再在右侧小药瓶的橡胶塞上连接吸有浓盐酸的注射器；用T形管将两个小药瓶与一个透明塑料瓶连接，且透明塑料瓶上用导管连接气球，作为气压缓冲装置。

实验操作及现象：实验前，检查装置气密性。方法：推动两支注射器手柄，若气球逐渐膨胀，而松开注射器后气球变瘪或注射器手柄回到原位，则证明装置气密性良好。加入所用的药品及试剂，同时挤压装有浓氨水和浓盐酸的注射器，改进装置两侧产生的氨气和氯化氢气体在透明塑料瓶中接触，迅速反应并产生大量白烟，伴随着气球不断膨胀，同样可以证明氨气能与氯化氢气体反应并产生大量白烟。一段时间后气球变瘪，同时在透明塑料瓶内壁能观察到有大量白色晶体附着，证明产生的白烟为氯化铵的固体小颗粒。

3 两种改进装置优点

（1） 整个实验操作都在密闭环境中进行，可以有效防止氨气和氯化氢气体挥发进入空气中，避免对师生健康造成危害，为学生树立“绿色化学”理念。

（2） 在实验过程中，利用注射器压入少量的浓氨水和浓盐酸，在有氧化钙和无水氯化钙存在的前提下，可实现快速产生大量氨气和氯化氢气体的目的，药品用量少，现象明显，体现了实验的微型化和快速化。

（3） 在H形管或透明塑料瓶内壁观察到白色晶体，据此证明产生的白烟为氯化铵的固体小颗粒，而不是氨气与氯化氢反应产生的气体产物，增强了实验的说服力，有利于提升学生的“证据推理”素养。

（4） 实验装置简单，操作方便，既可以用于教师演示实验，也可以用于学生实验，从而为学生创造了亲自动手完成实验的机会，有利于提升学生的“科学探究”素养。

（5） 利用注射器再次吸入浓氨水和浓盐酸，可以实现实验的重复性操作，便于更多学生参与到实验探究中，有效提高了学生的参与度。

（6） 该装置还可用于化学九年级教材中的验证分子不断运动的实验，并通过H形管中白烟产生的位置分析氨气和氯化氢气体扩散速率的快慢。

（7） 改进装置中的注射器、气球、小药瓶等材料来源于生活中的日常物品，原料简单易得，体现了实验低成本、生活化的特点。

参考文献

[1] 唐增富.“以理说事”话氨气：“氨气的性质”教学中追求学科文化内涵的几点做法［J］.中学化学教学参考，2016（11）：5-7.