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NO的制备和性质实验的改进与创新*

  • 投稿克里
  • 更新时间2015-09-02
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  1 问题的提出
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  铜与稀硝酸反应是高中化学的重要演示实验之一。普通高中课程标准实验教科书化学必修1(鲁科版),关于铜与稀硝酸反应的演示实验存在以下不足:
  (1)教材中用一支试管进行铜与稀硝酸反应实验,由于试管内的空气没能事先排尽,生成的NO会被氧气氧化成红棕色的NO2,学生难以观察到无色的NO气体的生成。
  (2)教材中对NO2溶于水缺乏相关的实验,学生没有直观的认识,难以形成深刻的记忆。此外,蘸有NaOH的棉花也无法完全吸收产生的NO、NO2气体,拆除反应的装置时不仅有大量气体外漏,不利于环保,而且不能对反应的进行加以有效的调控。
  不少教师设计出了许多改进方法或装置,效果不错,但还存在一些不足,如装置复杂、操作不便、药品用量大、不利于全班学生观察等[1~6]。为了解决这些实验问题,经过师生共同研究,设计了一套实验装置。
  2 实验装置的改进
  2.1 实验用品
  2~3支10 mL注射器、输液管、止水阀2个、烧杯2个。稀硝酸(4 mol/L)、铜片、蒸馏水、氢氧化钠溶液(6 mol/L)。
  2.2 实验装置及制作要点
  实验装置见图1,截掉注射器B活塞上一段塑料柄,留下胶塞,翻转胶塞,在胶塞上打孔,插入带止水阀的输液管导管,将该胶塞插在注射器B的筒口处。上面连接注射器A,完成简易实验装置。
  2.3 实验步骤和现象2.3.1 NO气体的制备如图1组装好仪器,检查装置的气密性后,将铜片放入注射器B中,往烧杯中加入适量预热的稀硝酸。打开止水阀a、b,向外移动注射器A的活塞,慢慢抽取注射器B内的空气,稀硝酸沿着注射器B慢慢上升,直到充满整个注射器B,停止抽气,关闭止水阀a。铜与稀硝酸反应产生无色气体,溶液变成蓝色,由于注射器B内气体产生,压强增大,注射器B中的溶液不断注入盛有水的第2只小烧杯中,最后溶液全部排出,关闭止水阀b,反应停止。学生可以观察到注射器B内的无色气体。
  用注射器A吸取5 mL蒸馏水,打开止水阀a,注入到注射器B中。关闭止水阀a,振荡注射器B(可以把注射器A取下,就留下注射器B),发现红棕色气体消失,变为无色。
  可以重复步骤(2)和(3),现象依然明显。
  2.3.4 NaOH溶液吸收有毒气体
  另取一支10 mL注射器,吸取适量的氢氧化钠溶液,打开止水阀a,注入到注射器B中,吸收多余气体。
  2.3.5 实验成功的关键
  在用注射器A抽气的过程中,速度要缓慢,否则可能会将空气吸入注射器B或把溶液吸入注射器A中。用注射器注入NaOH溶液的速度也要缓慢,以保证NO,NO2被NaOH溶液充分吸收。
  2.4 实验的优点
  (1)该装置尤其适合制备NO,由于注射器B内的空气已被排尽,可以观察到铜与稀硝酸反应生成的是无色气体,并储备无色气体,当鼓入空气时无色气体变为红棕色。验证生成的NO遇O2(或空气)后发生反应生成红棕色气体。
  (2)反应自始至终均处于密闭体系中进行,对有毒气体进行全封闭处理,省事、环保又安全。对实验进行及气体的生成量可以进行有效控制,并且可以重复演示。
  (3)本装置涉及多个原理与现象,这对提高学生观察实验现象的兴趣,增强环保意识,培养创新能力和探究能力具有深远的现实意义。
  2.5 实验拓展
  (1)此装置可以用于粒状或块状固体与液体反应制备少量气体(常温),如制备H2、CO2等。
  (2)此装置也可以用于粉末状态固体与液体反应(常温)制备少量气体,如制备Cl2(KMnO4+HCl)、O2(MnO2+H2O2)、C2H2(CaC2+H2O)、SO2(Na2SO3+H2SO4)。只要用纱布包住少量粉末状态固体,放至注射器内。
  (3)选用小号注射器,试剂耗量极少,故还可用于学生探究实验,此装置可以作为学生分组实验装置。
  参考文献
  [1]王玉芬.在注射器中进行铜和硝酸反应实验[J].化学教学,2013,(7):41~42.
  [2]谭文生.铜和浓、稀稍酸反应的绿色化设计[J].化学教学,2012,(11):45~46.
  [3]李明亮,朱方仕.铜与稀硝酸反应的实验改进[J].化学教学,2009,(4):10~11.
  [4]袁鸿志.铜与稀硝酸反应的研究性实验设计探索[J].化学教学,2006,(8):10~12.
  [5]陈苹苹等.铜与稀硝酸反应实验装置的设计[J].实验教学与仪器,2012,(7~8):64~65.
  [6]雷利彬.再谈铜与硝酸反应实验的改进和问题探讨[J].中小学教学研究,2009,(5):41~42.