自制教具探究NO2的制取和性質(zhì)實驗

何愛玲

自制教具探究NO2的制取和性質(zhì)實驗

何愛玲

人教版《普通高中課程標準實驗教科書化學(必修1)》中《硫和氮的氧化物》的科學探究要求：現(xiàn)給你一試管二氧化氮，其他藥品和儀器自選。

1.請你設計實驗，要求盡可能多地被水吸收。

2.你的設計對工業(yè)上生產(chǎn)硝酸有什么啟示？(從原料的充分利用、減少污染物的排放等方面考慮。)

教師用書中建議采用課堂實驗教學法，寫出實驗報告。實驗現(xiàn)象與結(jié)論：

1.提示：實驗所需的氧氣可以當時制取，也可以課前制好，裝在塑料袋中供學生選用(見表1)。

表1

2.提示：從上述實驗結(jié)果可知，只有2/3的二氧化氮轉(zhuǎn)化為硝酸，而1/3的二氧化氮轉(zhuǎn)化為一氧化氮。因此，硝酸工業(yè)常在吸收反應進行過程中補充一些空氣，使生成的一氧化氮再氧化為二氧化氮，二氧化氮溶于水又生成硝酸和一氧化氮。經(jīng)過這樣多次的氧化和吸收，二氧化氮可以比較完全地被水吸收，能夠盡可能多地轉(zhuǎn)化為硝酸。

二氧化氮是造成大氣污染的主要氣體，大氣質(zhì)量與二氧化氮的含量有關。筆者在實驗中遇到的難題是NO2有毒，5個班的演示實驗完成后身體中毒，且2/3的二氧化氮轉(zhuǎn)化為硝酸，理論可行，實際很難實現(xiàn)，不適合在課堂上做演示實驗，更不適合做學生實驗。根據(jù)課程標準“關注人類面臨的與化學相關的社會問題，培養(yǎng)學生的社會責任感、參與意識和決策能力”的要求，加強環(huán)境教育，提高學生的環(huán)保意識，幫助學生正確認識環(huán)境和環(huán)境問題。筆者對實驗作了如下改進：

一、實驗目的

制取NO2，驗證NO2溶于水有NO產(chǎn)生，會推導NO2溶于水的反應原理，用NaOH溶液完全吸收NO2。

二、實驗裝置與藥品

輸液流量調(diào)節(jié)器，注射器，銅絲與濃硫酸，尖狀插桿，輸液瓶，水，橡皮氣唧(如圖1、圖2所示)。

圖1

圖2

三、實驗操作、現(xiàn)象與結(jié)論

1.安裝儀器，檢查氣密性

將輸液管剪短，利用連接管連接好儀器，左端點滴注射器的尖狀插桿內(nèi)設有二通道，一通道連接反應裝置，另一通道連接帶有輸液流量調(diào)節(jié)器和點滴筒的輸液管，右端尖狀插桿插入橡皮氣唧。通過橡皮氣唧往裝置中鼓氣，注射器滑竿明顯后移，說明氣密性良好。

2.NO2的制取和溶于水實驗探究

如圖1所示，課前制好氧氣儲存于橡皮氣唧儲氣囊中，利用尖狀插桿連接輸液管，關閉輸液流量調(diào)節(jié)器，輸液瓶中注入半瓶水，待用。細銅絲彎成螺旋狀，固定在注射器滑竿橡皮塞處，通過注射器針頭吸入濃硝酸，迅速與輸液管連接，輸液流量調(diào)節(jié)器調(diào)至最大流量。觀察到注射器中銅絲逐漸溶解，溶液變?yōu)樗{綠色，注射器、輸液管、輸液瓶中充滿紅棕色氣體，關閉左端的輸液流量調(diào)節(jié)器，將注射器豎立，液體流入輸液管中，固液分離反應停止?；蝿虞斠浩?，瓶和點滴筒中氣體顏色消失，說明NO2為紅棕色氣體，易溶于水，溶于水發(fā)生了反應。打開右端的輸液流量調(diào)節(jié)器，擠壓橡皮氣唧，將儲氣囊中的氧氣擠入輸液瓶，立即看到氣體變?yōu)榧t棕色，再晃動輸液瓶，瓶和點滴筒中氣體顏色又消失，重復幾次直到氣體顏色不再變化為止，說明NO2溶于水反應生成了NO，NO為無色氣體，難溶于水，NO2→NO中N的化合價降低，必然有化合價升高，結(jié)合元素守恒和氧化還原反應分析，得出3NO2+H2O=2HNO3+NO，只要不斷補充氧氣或空氣，使生成的一氧化氮再氧化為二氧化氮，二氧化氮溶于水又生成硝酸和一氧化氮。經(jīng)過這樣多次的氧化和吸收，二氧化氮可以比較完全地被水吸收，能夠盡可能多地轉(zhuǎn)化為硝酸。

3.NO2的尾氣吸收實驗探究

如圖2所示，在上述實驗基礎上，關閉右端輸液流量調(diào)節(jié)器，將左端的尖狀插桿插入事先注入半瓶NaOH溶液的輸液瓶中，打開左端輸液流量調(diào)節(jié)器，抽動注射器滑竿、擠壓點滴筒和輸液管使液體回到注射器中，觀察到注射器中銅絲又開始溶解，溶液藍綠色加深，注射器、輸液管、輸液瓶中充滿紅棕色氣體，關閉左端的輸液流量調(diào)節(jié)器，將注射器豎立，反應停止?；蝿虞斠浩浚亢忘c滴筒中氣體顏色消失，說明NO2易溶于NaOH溶液，發(fā)生了反應。打開右端的輸液流量調(diào)節(jié)器，擠壓橡皮氣唧，將儲氣囊中的氧氣擠入輸液瓶，氣體顏色不變，說明NO2溶于NaOH溶液，發(fā)生了反應沒有生成NO，NO2被NaOH溶液完全吸收。NO2有毒，可以用NaOH溶液完全吸收，避免排放到大氣中造成環(huán)境污染。

四、實驗特點

1.裝置簡單，密封性強

采用注射器、輸液管、輸液流量調(diào)節(jié)器、點滴筒、輸液瓶、橡皮氣唧連接，巧妙運用了密封性好的特點。點滴注射器的尖狀插桿內(nèi)設有二通道，一為藥液流通用，另一通道則為導通氣體所用，配合裝設在尖狀插桿的氣孔塞環(huán)使瓶內(nèi)外壓力平衡，藥液得以順利流暢地注入點滴筒內(nèi)，而免用兩支針頭且無漏水之憂。本實驗改進為一通道連接反應裝置，另一通道連接帶有輸液流量調(diào)節(jié)器和點滴筒的輸液管，起到了雙導管作用。

2.操作簡便，綜合性強

注射器做反應制備裝置，輸液瓶做性質(zhì)分析及產(chǎn)物檢驗裝置，輸液瓶中液體由水換作NaOH溶液，可達到多項目的。

3.綠色環(huán)保，安全性好

節(jié)約藥品，氣體不泄露，對環(huán)境不造成污染，有利于培養(yǎng)學生的環(huán)保意識，同時也有利于師生健康。

[1] 宋心琦.人教版普通高中課程標準實驗教科書化學必修[M].北京：人民教育出版社，2010

[2] 喬國才.人教版普通高中課程標準實驗教科書化學必修1教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2010

稿件編號：P1105051

何愛玲，本科，中教一級。

山東省淄博市沂源第二中學。