何愛(ài)玲

自制教具探究NO2的制取和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)

何愛(ài)玲

人教版《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)化學(xué)(必修1)》中《硫和氮的氧化物》的科學(xué)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(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，要求盡可能多地被水吸收。

2.你的設(shè)計(jì)對(duì)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(shū)中建議采用課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)法，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論：

1.提示：實(shí)驗(yàn)所需的氧氣可以當(dāng)時(shí)制取，也可以課前制好，裝在塑料袋中供學(xué)生選用(見(jiàn)表1)。

表1

2.提示：從上述實(shí)驗(yàn)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(yīng)進(jìn)行過(guò)程中補(bǔ)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(guò)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?dú)怏w，大氣質(zhì)量與二氧化氮的含量有關(guān)。筆者在實(shí)驗(yàn)中遇到的難題是NO2有毒，5個(gè)班的演示實(shí)驗(yàn)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(shí)際很難實(shí)現(xiàn)，不適合在課堂上做演示實(shí)驗(yàn)，更不適合做學(xué)生實(shí)驗(yàn)。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)“關(guān)注人類(lèi)面臨的與化學(xué)相關(guān)的社會(huì)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、參與意識(shí)和決策能力”的要求，加強(qiáng)環(huán)境教育，提高學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，幫助學(xué)生正確認(rèn)識(shí)環(huán)境和環(huán)境問(wèn)題。筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)作了如下改進(jìn)：

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

制取NO2，驗(yàn)證NO2溶于水有NO產(chǎn)生，會(huì)推導(dǎo)NO2溶于水的反應(yīng)原理，用NaOH溶液完全吸收NO2。

二、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)滴注射器的尖狀插桿內(nèi)設(shè)有二通道，一通道連接反應(yīng)裝置，另一通道連接帶有輸液流量調(diào)節(jié)器和點(diǎn)滴筒的輸液管，右端尖狀插桿插入橡皮氣唧。通過(guò)橡皮氣唧往裝置中鼓氣，注射器滑竿明顯后移，說(shuō)明氣密性良好。

2.NO2的制取和溶于水實(shí)驗(yàn)探究

如圖1所示，課前制好氧氣儲(chǔ)存于橡皮氣唧儲(chǔ)氣囊中，利用尖狀插桿連接輸液管，關(guān)閉輸液流量調(diào)節(jié)器，輸液瓶中注入半瓶水，待用。細(xì)銅絲彎成螺旋狀，固定在注射器滑竿橡皮塞處，通過(guò)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{(lán)綠色，注射器、輸液管、輸液瓶中充滿(mǎn)紅棕色氣體，關(guān)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(yīng)停止?；蝿?dòng)輸液瓶，瓶和點(diǎn)滴筒中氣體顏色消失，說(shuō)明NO2為紅棕色氣體，易溶于水，溶于水發(fā)生了反應(yīng)。打開(kāi)右端的輸液流量調(diào)節(jié)器，擠壓橡皮氣唧，將儲(chǔ)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(dòng)輸液瓶，瓶和點(diǎn)滴筒中氣體顏色又消失，重復(fù)幾次直到氣體顏色不再變化為止，說(shuō)明NO2溶于水反應(yīng)生成了NO，NO為無(wú)色氣體，難溶于水，NO2→NO中N的化合價(jià)降低，必然有化合價(jià)升高，結(jié)合元素守恒和氧化還原反應(yīng)分析，得出3NO2+H2O=2HNO3+NO，只要不斷補(bǔ)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(guò)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(shí)驗(yàn)探究

如圖2所示，在上述實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，關(guān)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(kāi)左端輸液流量調(diào)節(jié)器，抽動(dòng)注射器滑竿、擠壓點(diǎn)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(kāi)始溶解，溶液藍(lán)綠色加深，注射器、輸液管、輸液瓶中充滿(mǎn)紅棕色氣體，關(guān)閉左端的輸液流量調(diào)節(jié)器，將注射器豎立，反應(yīng)停止?；蝿?dòng)輸液瓶，瓶和點(diǎn)滴筒中氣體顏色消失，說(shuō)明NO2易溶于NaOH溶液，發(fā)生了反應(yīng)。打開(kāi)右端的輸液流量調(diào)節(jié)器，擠壓橡皮氣唧，將儲(chǔ)氣囊中的氧氣擠入輸液瓶，氣體顏色不變，說(shuō)明NO2溶于NaOH溶液，發(fā)生了反應(yīng)沒(méi)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(shí)驗(yàn)特點(diǎn)

1.裝置簡(jiǎn)單，密封性強(qiáng)

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

2.操作簡(jiǎn)便，綜合性強(qiáng)

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

3.綠色環(huán)保，安全性好

節(jié)約藥品，氣體不泄露，對(duì)環(huán)境不造成污染，有利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，同時(shí)也有利于師生健康。

[1] 宋心琦.人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)化學(xué)必修[M].北京：人民教育出版社，2010

[2] 喬國(guó)才.人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)化學(xué)必修1教師教學(xué)用書(shū)[M].北京：人民教育出版社，2010

稿件編號(hào)：P1105051

何愛(ài)玲，本科，中教一級(jí)。

山東省淄博市沂源第二中學(xué)。