作者：房寿高

来源：《化学教学》2015年第03期

        摘要：对文献中蒸气受热分解实验进行了比对并且分析了其各自的不足，受此启发，对浓受热分解实验作了简易化改进探究。结果只需1滴浓就能得到理想的实验效果，操作简单，现象明显，显著节约实验药品用量和减少对环境的污染。

        关键词：受热分解；简易化改进；实验研究

        文章编号：1005–6629（2015）3–0051–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

        人教版《必修1》和苏教版《必修1》都介绍了浓的热不稳定性，即“浓受热产生红棕色的二氧化氮气体”，但两本教材都没有提供相关实验。正如刘怀乐老师所说，浓的热分解没有相关实验支撑，教师难免在课堂上出现窘态。浓受热分解实验能否用简易的操作进行演示？笔者进行了相关研究。

        1 浓受热分解的已有研究

        关于浓能否分解，刘怀乐老师做了这样一个实验：试管里注入几毫升浓，加热煮沸，观察不到有红棕色气体产生[1]。赵中华、伍举培也做了实验[2]：在试管中加入1mL浓，在酒精灯上直接加热（管口被蘸有浓氢氧化钠溶液的棉花团轻轻堵住），最后发现试管中没有明显变化。鉴于两位老师都没有提供详细的实验细节，于是笔者做了相关实验，实验过程为：在一支洁净而干燥的试管中加入1mL新开瓶的浓，加热25秒钟左右浓开始沸腾（室温为24℃），发现如果在酒精灯火焰上继续加热容易爆沸冲出。笔者尝试了在三层铁丝网上加热，发现浓还是容易爆沸冲出。经过多次尝试，笔者发现加入一小块黄豆般大小的碎瓷片后可以持续加热，而浓不会爆沸冲出，如果用水银温度计测量其温度，发现温度能持续维持在122℃左右，没有看到红棕色气体产生。继续加热，大概3分钟左右，浓基本能全部蒸发掉，整个过程始终没有红棕色气体产生。为什么没有红棕色气体产生？因为实验中所用的浓溶质的质量分数为65%～68%，很接近恒沸液（69.2%），加热煮沸时仅仅把它变成了蒸气，远没有达到热分解的温度，所以观察不到分解[3]。

        是否浓的浓度不够高呢？笔者向试管（内径1.6cm，长度15cm）中加入了2药匙（该药匙正好能伸入试管中）左右的硫酸钠固体，然后加入了2滴管的浓，塞好橡皮塞充分振荡，静置。用倾析法取上层清液，加入几小片碎瓷片，加热，观察现象。发现只要试管底部还有浓时就没有红棕色气体产生，但在浓接近恰好被蒸干的时候试管中上部出现了红棕色气体。笔者猜想，可能是蒸气受热分解产生了红棕色的二氧化氮气体。

        2 蒸气受热分解的已有实验与不足

        在液态浓能否分解的实验过程中，笔者有一次在浓接近被蒸干时，为了防止管壁的冷凝流到试管底部使试管炸裂，用灯焰对试管中部进行了加热，奇怪的现象发生了：试管中上部出现了少量红棕色气体。后来经过查阅资料，发现对蒸气受热分解已经有了一些实验研究。例如，刘怀乐老师就采用了如图1的实验方法使蒸气受热分解。笔者也做了类似实验。先制取少量玻璃粉：在研钵里放入一些碎玻璃，然后用罩有硬纸板的研杵将玻璃研碎（罩硬纸板目的是防止碎玻璃屑飞溅）。把研磨好的玻璃粉加少许于试管底部，然后给试管底部加热。向灼热的玻璃粉上滴加浓，发现一滴加浓，试管底部炸裂了。笔者再尝试石英砂：在试管底部加入两小药匙石英砂，然后在酒精灯外焰上加热两分钟左右，滴入1～2滴浓，发现很快见到红棕色气体产生。如果试管里的石英砂较少，常常会出现试管炸裂现象。

        笔者在某日（29℃）的上午做了五氧化二磷的实验，在洁净而干燥的试管底部铺一层五氧化二磷，然后滴几滴新开瓶的浓，很快出现红棕色气体，且试管壁发烫。测量温度，发现温度很快上升到90℃左右。由于五氧化二磷有很强的吸水性，直接“夺走”中的“水”，使变成二氧化氮气体。

        齐俊林、赵立国两位老师采用图2的装置利用电炉丝进行加热使蒸气分解[4]。该改进实验的不足之处在于：装置较复杂，不适合学生分组实验或个别实验。笔者以为：为什么不用酒精灯给试管中部加热，而用电炉丝加热？使用酒精灯应该比使用电炉丝更方便快捷！

        经过查阅资料得知，齐俊林、赵立国两位老师曾于1996年用图3的装置演示过蒸气受热分解的实验[5]。其实验过程为：将仪器及药品按装置图装好后，用酒精灯加热距液面1.5～2.0厘米处，片刻，浓液面上方就出现红棕色的二氧化氮气体。接着将余烬的松木条插入干燥管内，可观察到带有余烬的木条立即复燃。

        笔者重做了此实验，结果发现：如果不停地给浓加热，则中部的红棕色气体很少，球形干燥管里红棕色气体很多，带余烬的松木条很快熄灭。所以，每次实验，最好先给浓加热至微沸，然后撤走此处的酒精灯，再用酒精灯对准中部位置加热，片刻，可以看到有红棕色的气体产生，但并没有出现“带余烬的松木条复燃”现象。

        俞建锋老师对浓受热分解实验进一步作了改进[6]，见图4。正如俞老师所说，长导管的作用有两个，其一，减少的挥发，增大试管内蒸气的浓度，缩短加热分解所需要的时间；其二，冷凝回流蒸气。

        但通过对比图2、图3和图4，可以看出3个改进实验基本差不多，都是通过加热浓产生蒸气，然后再对蒸气加热使其分解。稍有不同之处在于加热或增大蒸气浓度的方式。另外这些改进实验虽都能明显地看到红棕色气体的产生，不足之处在于不仅需要消耗一定量的浓，而且产生的污染性气体也较多。

        由图2、图3和图4知，这3个实验都是利用浓产生蒸气，再对蒸气进行加热促使其分解。笔者设想，如果浓的量很少，这样一受热很容易产生蒸气，然后再对产生的蒸气进行加热，也应该会得到二氧化氮气体。于是笔者进行了下面的实验探究。

        3 气态浓受热分解实验的最简易化操作

        在一支干燥的试管中加入1滴浓，最好能滴在试管底部，不要滴在试管壁上（下面蒸发时能轻易判断是否完全蒸发），试管口塞一团棉花，然后加热。当试管底部的一滴全部蒸发后（大概需15秒左右），此时将灯焰加热试管中上部，15秒之后在白纸的映衬下可以看到有红棕色气体产生，继续加热红棕色更加明显。

        优点：不仅所需仪器简单，现象明显，而且节约药品，只需1滴浓；由于用量少，产生的污染也少，对环境的污染微乎其微；实验过程所需时间短，在课堂上适合每个学生动手操作。

        4 实验改进的几点感想

        “1滴浓能演示浓的受热分解实验吗？”很多教师可能持否定态度。首先，要肯或敢于动手做实验。其实这个实验很简单，只要动手做一做就能知道结果，但很少有教师去亲身实践。俗话说，百闻不如一见，一见不如实践。

        其次，实验改进时也要关注实验的物质体系。宋心琦教授认为实验体系有三个要素[5]：作为实验对象的物质体系；适当的仪器装置和必要的安全措施；合理的实验步骤和规范的操作技术。这三个要素的重要性是不等同的，是递减的。宋教授还认为，在现在的化学实验教学中人们过多地把注意力放在了第二、三两个方面，化学体系的选择反而被忽视了。所以，从反应的物质体系入手进行改进实验，也应该成为实验改进的一个重要思路。

        最后，还要懂得一些创新技法。如“SCAMPER”法，其中“S”代表“代替”（substitute）；“C”代表“综合”（combine）；“A”代表“改良”（adapt）；“M”既可以代表“修改”（modify），又可以表示“放大”（magnify）或“缩小”（minify）；“P”代表“挪作他用”（puttootheruses）；“E”代表“消除”（eliminate）；“R”代表“重新排列”（rearrange）或“逆向”（reverse）。

        参考文献：

        [1][3]刘怀乐.“”教学的几点参考[J].化学教学，2011，（2）：73.

        [2]赵中华，伍举培.不稳定性的探究实验[J].化学教学，2009，（10）：20.

        [4]齐俊林，赵立国.介绍一种浓受热分解演示装置[J].化学教学，2010，（4）：13.

        [5]齐俊林，赵立国.浓受热分解实验的设计[J].化学教学，1996，（2）：10.

        [6]俞建锋.热分解演示实验的简易做法[J].化学教学，2014，（5）：55～56.下载本文