李大塘 王 建

（1湖南科技大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 湖南 湘潭 411201；2湘潭市第二中學(xué) 湖南 湘潭 411100）

一、實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的提出

從二氧化氮與水反應(yīng)的方程式3NO2（g）＋H2O=2HNO3＋ NO（g）可清楚看出，3 體積的 NO2（g）與水反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生1體積難溶于水的NO（g）。據(jù)此，筆者在參加多年的不同級(jí)別的教研活動(dòng)和指導(dǎo)多年的中學(xué)化學(xué)教育教學(xué)實(shí)習(xí)中，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查受過(guò)4年大學(xué)化學(xué)教育的中學(xué)教師和受過(guò)多年化學(xué)教育的大學(xué)教師，他們一致認(rèn)為，把裝滿二氧化氮的試管倒立于水中，待試管內(nèi)液面基本穩(wěn)定后，量取管內(nèi)液體上升的體積為試管容積的三分之二，并見文獻(xiàn)報(bào)道［1－8］。 然而實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明，上述實(shí)驗(yàn)待試管內(nèi)液面基本穩(wěn)定后，管內(nèi)液體上升的體積遠(yuǎn)大于三分之二試管容積，久置液體則充滿整個(gè)試管，原因何在？值得深究。

二、實(shí)驗(yàn)方法

1.實(shí)驗(yàn)裝置

圖1 二氧化氮溶于水裝置圖

2.實(shí)驗(yàn)方法與現(xiàn)象

（1）二氧化氮的制取

按文獻(xiàn)［9］制取一滿試管二氧化氮。

（2）二氧化氮溶水現(xiàn)象

按文獻(xiàn)［9］制取一滿試管二氧化氮后，連同大試管一起提出小試管，將其悶入裝有足量水的大水池中（見圖1中①），取出大試管，觀察小試管內(nèi)液面上升情況（如圖1中②），短時(shí)間（約5min）觀察小試管內(nèi)液面上升情況如圖1中②A，反復(fù)實(shí)驗(yàn)表明，待管內(nèi)液面上升基本穩(wěn)定后，量取管內(nèi)上升的液體體積遠(yuǎn)大于試管容積的 2／3，在 3／4～9／10 間。長(zhǎng)時(shí)間（約 15h）觀察結(jié)果如B，多次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，液體充滿了整個(gè)試管。

三、結(jié)果分析與討論

二氧化氮溶于水實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象其原理大致可能如下：

（1）二氧化氮溶于水，使小試管內(nèi)形成負(fù)壓：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO

（2）小試管內(nèi)所產(chǎn)生的一氧化氮與溶在水中的氧氣反應(yīng)生成二氧化氮：2NO＋O2=2NO2

（3）小試管內(nèi)生成的二氧化氮又與水反應(yīng)：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO

一氧化氮溶于水的總反應(yīng)：4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3

（4）用濃硝酸制備的二氧化氮?dú)怏w中混有硝酸蒸氣。

（5）一氧化氮溶于稀硝酸比在水中大［10－13］：小試管①、③步產(chǎn)生硝酸，另外制取氣體時(shí)混有的硝酸蒸氣溶于水，總濃度約為 0.041mol／L。

（6）盡管一氧化氮在水中難溶解，但還是有一定量的溶解［14］。

基于上述可能原因，滿試管的二氧化氮溶于水，短時(shí)間管內(nèi)液面上升基本平穩(wěn)后，進(jìn)入管內(nèi)的液體體積就大于2／3試管容積了。

（7）溶于水池水中的氧不斷通過(guò)小試管底部小孔擴(kuò)散于小試管，不斷補(bǔ)充了小試管內(nèi)的氧源，以循環(huán)②、③步。久之，水就充滿了整個(gè)試管。

四、結(jié)論

實(shí)驗(yàn)室所制取的純凈二氧化氮溶于水的實(shí)驗(yàn)，可能由于制取二氧化氮時(shí)濃硝酸飽和蒸氣的存在、水溶氧對(duì)一氧化氮的氧化、一氧化氮本身在水中的溶解及稀硝酸的生成，都導(dǎo)致在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入裝二氧化氮試管內(nèi)的水遠(yuǎn)大于2／3試管容積。若時(shí)間足夠的長(zhǎng)，由于溶于水池中水的氧氣可能不斷通過(guò)試管底部小孔擴(kuò)散于管內(nèi)，不斷地補(bǔ)充了試管內(nèi)的氧源，導(dǎo)致整個(gè)試管都被水完全充滿了。

五、意義

（1）為實(shí)驗(yàn)室提供了一種純二氧化氮?dú)怏w溶于水的定量實(shí)驗(yàn)方法。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅為糾正教育者主觀臆斷的不良習(xí)慣提供有力證據(jù)，也為激勵(lì)教學(xué)科研人員必須尊重科學(xué)事實(shí)，親身深入一線教學(xué)研究，培養(yǎng)自身良好個(gè)性提供了范例。

（2）通過(guò)對(duì)二氧化氮?dú)怏w溶于水定量實(shí)驗(yàn)的研究，不僅可使教師的教學(xué)工作與自身的科研活動(dòng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，而且激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和求知欲望，同時(shí)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和促進(jìn)學(xué)生的靈活運(yùn)用能力、創(chuàng)造性思維能力的提高都起到了積極作用。

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