硝酸性質(zhì)的微型一體化實驗探究

摘 要：將銅與濃稀硝酸反應，一氧化碳和二氧化碳的相互轉(zhuǎn)化與相關(guān)性質(zhì)實驗裝置進行整合，實現(xiàn)微型一體化設(shè)計，使裝置更加簡潔，操作更加簡便，同時還體現(xiàn)了環(huán)保思想，提高了課堂演示效率。

關(guān)鍵詞：銅；硝酸；一氧化氮；二氧化氮；一體化實驗

一、 問題提出

硝酸的性質(zhì)實驗是高中化學學習氮的化合物中的重要知識點。在不同版本的教材也進行不同的處理，但是兩個裝置同時都存在同樣的問題：（1）不能很好地控制反應進行與停止，蘇教版中實驗隨著反應進行氣體不斷生成，氣壓增大，導致分液漏斗中的水無法順利滴下。（2）無法證明銅與稀硝酸反應得到的是NO。（3）尾氣處理裝置做得不到位。反應產(chǎn)生的一氧化氮無色無味，難溶于水，二氧化氮是有毒氣體，一旦在尾氣吸收不完全那么在拆卸裝置的過程中導致氣體泄漏，引起環(huán)境污染，危害師生的身心健康。介于此類問題使得硝酸的性質(zhì)實驗在實際教學過程中難以順利開展，教師大多數(shù)采用視頻實驗來代替演示實驗。那么如何改進硝酸的性質(zhì)實驗，提高課堂效率，同時學生又能真切地感受到硝酸的相關(guān)性質(zhì)，無論對于當前的課堂教學，還是我們一直所提倡的“綠色環(huán)?！钡纳顟B(tài)度都是有待被解決的問題。

二、 硝酸的性質(zhì)實驗的改進

（一） 設(shè)計目的

本實驗設(shè)計應用常規(guī)儀器以及生活中常見的醫(yī)用工具廢棄物將銅與濃硝酸和稀硝酸的反應，一氧化氮二氧化氮性質(zhì)實驗進行一體化設(shè)計，使得整個裝置，反應可便捷控制，現(xiàn)象明顯，尾氣吸收處理，對空氣無污染，大大提高該實驗在實際教學中的利用率。同時微型化設(shè)計更節(jié)約成本，又有益于環(huán)保。

（二） 實驗原理

本實驗驗證濃硝酸、稀硝酸都具有的強氧化性，選擇與不活潑的金屬Cu反應。反應原理：Cu+4HNO3（濃）Cu（NO3）2+NO2↑+2H2O，3Cu+8HNO33Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O。

產(chǎn)物檢驗則根據(jù)一氧化氮和二氧化氮的有關(guān)性質(zhì)。二氧化氮是黃綠色氣體可通過觀察進行辨別，而一氧化氮是無色無味氣體，卻能在空氣在轉(zhuǎn)化為二氧化氮，因此可通過鼓入空氣觀察其轉(zhuǎn)化過程。最后滴加紫色石蕊溶液，驗證二氧化碳溶于水得到硝酸。部分反應原理如下：

2NO+O22NO2

3NO2+H2O2HNO3+NO

4NO+3O2+2H2O4HNO3

（三） 實驗儀器及試劑

實驗儀器：干燥管，注射器，輸液袋及連接導管，三通管，加壓球。

實驗試劑：銅片，濃硝酸，蒸餾水，紫色石蕊溶液。

（四） 實驗裝置

圖1 硝酸性質(zhì)一體化實驗

（五） 實驗步驟及現(xiàn)象分析

1. 打開旋塞1，將注射器內(nèi)的濃硝酸緩慢地加入放有銅片的干燥管內(nèi)，可以看到迅速產(chǎn)生紅棕色氣體，溶液開始顯藍色，觀察右側(cè)輸液袋的現(xiàn)象：有大量紅棕色氣體產(chǎn)生，體積膨脹，稍加振蕩，紅棕色則消失。反應原理3NO2+H2O2HNO3+NO。

2. 向外拉動下方的注射器然后回位，干燥管內(nèi)的氣壓減小，將輸液袋倒放（打點滴原理），輸液袋中的水在壓差以及重力的作用下通過三通管倒吸回干燥管，使?jié)庀跛岜幌♂專芤鹤優(yōu)樗{色，同時產(chǎn)生無色氣體。右側(cè)的輸液袋由于氣體的進入，體積再次膨脹。

3. 輕輕擠壓加壓球，使空氣進入輸液袋，觀察到氣體顏色由無色變?yōu)榧t棕色，稍加振蕩，紅棕色消失，體積減小。反應原理：2NO+O22NO2；4NO+3O2+2H2O4HNO3。

4. 向輸液袋中注入紫色石蕊溶液。溶液由無色變?yōu)榧t色，則證明最后的溶液應為硝酸溶液。

5. 實驗結(jié)束，打開旋塞1，關(guān)閉旋塞2，擠壓加壓球，并向右拉動注射器活塞使空氣進入干燥管，使溶液在壓力和重力作用下，倒吸回注射管中，實驗停止。

6. 尾氣吸收：關(guān)閉旋塞1，打開旋塞2，將少量輸液袋蒸餾水倒吸回干燥管內(nèi)，然后擠壓加壓球注入空氣，不斷振蕩，直至氣體變?yōu)闊o色。

7. 尾氣吸收完全檢驗：右側(cè)的注射器抽少量的氣體后拔出并抽入空氣，注射器內(nèi)氣體顏色無變化，則證明尾氣已被完全吸收。

三、 實驗創(chuàng)新點

1. 微型節(jié)約，材料易得。主要器材是干燥管，輸液袋和注射器，這材料都是常見儀器或者生活的廢物利用，體積小，藥品用量少，整個裝置處在密閉狀態(tài)，拆卸裝置前也通過注入空氣處理裝置內(nèi)殘余的污染氣體，真正做到零排放，體現(xiàn)“低碳，綠色，環(huán)保”的科學理念。

2. 裝置集合了銅與濃硝酸、稀硝酸的反應，一氧化氮與二氧化氮相互轉(zhuǎn)化實驗，二氧化氮溶于水的性質(zhì)實驗，硝酸檢驗，尾氣吸收完全與否的檢驗實驗于一體，使操作更簡便化，大大提高課堂的效率。

3. 該實驗使用透明的輸液袋，實驗現(xiàn)象明顯易于觀察。以解決在課堂的演示時后排學生有看不見的問題。

四、 結(jié)語

實驗的改進與創(chuàng)新是在教材的基礎(chǔ)上，利用新型的反應裝置使實驗更加簡約化，環(huán)保化和集約化，創(chuàng)新化。從實驗出發(fā)最終回歸教材，為教學所用。體現(xiàn)中學化學實驗的教育功能，使學生不僅僅學會相關(guān)學科課本知識，還能理解實驗背后所蘊含的育人內(nèi)涵，讓學生在學習過程中體會實驗的樂趣，激發(fā)化學學習的熱情，還能夠潛移默化地滲透環(huán)保、創(chuàng)新等理念，從而實現(xiàn)提高化學教學質(zhì)量與全面落實培養(yǎng)科學素養(yǎng)的目標。

參考文獻：

[1]王祖浩.普通高中課程標準化學1（必修）[M].南京：江蘇教育出版社，2011.

[2]王磊.普通高中課程標準化學1（必修）[M].濟南：山東科學技術(shù)出版社，2011.

作者簡介：

張玲玲，福建省福州市，福建師范大學化學與材料學院。