利用仪器组合法进行吸热反应改进

1、利用仪器组合法进行吸热反响改良在人教版高中化学教材中，吸热反响的演示实验是化 学2第2章第 1节?化学能与热能?里呈现的内容。通过演 示实验可使化学反响中的热量变化显性化，学生能够亲身感 受化学能与热能的相互转化，从而有助于学生建构有意义的 知识体系，而吸热反响演示实验的高成功率、现象的明显可 视化等都是到达以上目标的前提，从中可看出教材中设计演 示实验的可行性对于构建良好的课堂教学有重要的意义。1 问题提出在化学学科核心素养的统领下， ?普通高中化学课程标 准(征求意见稿) ?实施建议中针对本节教学内容的选择和 组织指出：“要求学生能够基于具体的实验现象及事实描述 和说明化学反响中物质与能量

2、的转化 。而对于现行高中化 学人教版教材利用 Ba (OH ) 2?8H2O与NH4CI反响进行化 学能与热能相互转化的教学演示实验，主要存在以下几点不 足。( 1)反响体系会过多地吸收外界的热量，降低实验成 功率。( 2)药品用量多，反响不彻底，造成药品的浪费。( 3)反响体系为敞开体系，氨气溢出，违背实验的安全性、绿色化原那么(4)未处理的重金属 Ba2+ 有一定的毒性和腐蚀性，存 在平安隐患。(5)未对反响体系中的产物进行验证，造成完整知识 体系的缺失。针对以上缺陷中涉及到的 Ba2+ 腐蚀性和毒性的影响， 能 否用Ca (OH) 2替代教材中的Ba (OH ) 2?8H2O进行吸热 反

3、响的演示实验？在此疑问下，笔者从定量的热力学角度和 动力学角度对 Ba( OH )2?8H2O 及 Ca( OH)2 分别与 NH4Cl 进行吸热反响教学的可行性进行了比照分析，与此同时给出 了相关的定性阐述。 1.1 定量分析计算 Ba( OH )2?8H2O、Ca ( OH )2 分别与 NH4Cl 反 应的标准摩尔反响热( rH 9 m)和标准摩尔吉布斯自由能(A rG 9 m)，进而从热力学的角度比拟反响吸收热量的大 小，从动力学的角度辨析反响是否在常温下能够自发反响。 两个反响中所涉及到物质的热力学数据如表 1 所示，利用相 关数据分别进行计算。 (注：反响热 A rH 9 m 与反

4、响温度有 关，但受温度的影响较小，所以认为在一般？囟确段？内A rH9 m 和 298 K 的 A rH 9 m 相等。)两种不同反响下的化学方程式分别为：(1) Ba(OH) 2?8H2O+2NH4CI=BaCI2+2NH3 f +10H2O ;(2) Ca (OH) 2+2NH4CI=CaCI2+2NH3 f +2H2O。根据： rH 0 m= v ii fH 0 m (生成物)一 v ii fH 0 m (反响 物)； rS 0 m= v ii fS 0 m (生成物)一 v ii fS 0 m (反响 物)； rG 0 m= rH 0 m rS 0 mT得反响(1) : rH 0 m=

5、165.8 kJ/mol rS0 m=89642 J?mol-1?K-1 rG0 m=-101.33 kJ/mol反响( 2)： rH0 m=155.2 kJ/mol rS0 m=361.4 J?mol-1?K-1 rG0 m=47.5 kJ/mol从以上可知，热力学数据表现出两反响均为吸热反响且 吸热大小相差不大，动力学数据表示出 Ba( OH ) 2?8H2O 与 NH4Cl 反响的吉布斯自由能小于 0，可知其在常温下能进 行自发反响，而 Ca(OH) 2与 NH4Cl 反响的吉布斯自由能 大于 0，在常温下不能进行自发反响，尽管在外界改变条件 下，能够发生反响，但不免造成实验误差及操作的

6、复杂性， 所以笔者认为引进 Ca(OH) 2 是不合理的。1.2 定性分析Ba(OH) 2?8H2O 与 NH4Cl 是典型的能够在不加热的 情况下自发进行的吸热反响，之所以能够自发进行，是因为 反响物体系可克服反响本身的活化能能垒 ，而 CaOH 2与 NH4Cl 必须施加外界条件才能发生。 此外考虑离子极化 的知识，Ca2+的离子极化能力强于 Ba2+，在相同的条件下， 钙的氢氧化物溶解度比钡的氢氧化物溶解度更小，所以作为 反响物 CaOH2 会增大反响的不彻底性，浪费更多的药 品。所以在钡的氢氧化物与钙的氢氧化物中，还应该选择前 者作为吸热反响的反响物，但在选择氢氧化钡做反响物时， 不宜

7、用 BaOH2 固体和 BaOH 2 溶液，因为固体中的 离子不能自由移动，不利于反响进行，而溶液会溶解反响放 出的氨气，对产物确实定有影响， 而用带结晶水的 BaOH 2?8H2O 可解决以上问题。2 实验改良根据以上的定量与定性分析结果，本文沿用BaOH 2?8H2O 与 NH4Cl 反响进行吸热反响演示实验的课堂教学， 并针对教材中实验的缺乏进行了如下创新性设计，改良装置 如图 1 所示。2.1 实验用品1 实验仪器：带支管口的圆底烧瓶1 个、带支管口 的试管 1 个、枯燥管 1 支、胶头滴管 1 个、带支管口的 U 型 管 1 个、带孔橡胶塞 3 个、实心橡胶塞 2 个、木质水槽 1

8、个 可用玻璃水槽代替 。2实验药品： Ba OH2?8H2O、NH4Cl 、稀硫酸、酚酞溶液、红墨水、脱脂棉、棉花2.2 实验步骤1将空试管与圆底烧瓶固定在一起，然后将装着吸 有适量酚酞溶液脱脂棉的枯燥管与试管连接， 接着将 U 型管 与圆底烧瓶的支管口用橡胶管相连，最后将圆底烧瓶放进空 的木质水槽中，并在空隙处塞上棉花。2向 U 型管中添加红墨水并调节两边液面使其相平。3将 10 g BaOH2?8H2O、5 g NH4Cl 研磨均匀混 合后放入带支管口的试管中，然后挤压吸有蒸馏水的胶头滴 管，加快实验反响速率。4实验开始后，观察 U 型管中红墨水液面的变化情 况及枯燥管中脱脂棉的颜色变化。

9、5实验结束后，将吸有蒸馏水的胶头滴管换成吸有 稀硫酸的胶头滴管，挤压胶头滴管，将适量的稀硫酸滴入反 应后的物质中，处理重金属 Ba2+ ，吸收多余的氨气。2.3 实验现象与结论1枯燥管中的脱脂棉变红，说明发生了化学反响且 生成了新物质氨气，其化学方程式为：Ba OH 2?8H2O+2NH4CI=BaCI2+2NH3 f +10H2O。 2 U 型管中红墨水的液面左高右低，说明该反响为 吸热反响。3 改良优点与考前须知3.1 改良优点1一体化设计。通过将不同的仪器进行组合能同时 完成反响吸放热的判定、 生成气体的检验、 反响的后处理等。 实验现象明显、可视化良好，有助于达成特定的教学效果。 2成功率高。 U 型管液面的变化显著，且水槽中塞 有的棉花一方面可固定烧瓶，另一方面可对烧瓶进行适当的 温度调节，降低了反响吸收外界不相关的热量而造成实验成 功率减小的缺乏。3环保。反响后利用稀硫酸可将试管中剩余的氨气 吸收，防止氨气溢出； 同时反响掉具有腐蚀性和毒性的 Ba2+， 防止对师生平安造成危害，在这个过程中也可培养学生的环 保意识。3.2 考前须知1在组装实验装置的过程中， Ba OH2?8H2O 与 NH4Cl 药品要在其他仪器和药品准备完全后再加进试管， 防 止