本文摘要：摘要：用乳膠管和密封塑料鹽水袋組成的實(shí)驗(yàn)裝置，操作簡(jiǎn)單易行，可以反復(fù)重現(xiàn)NO與NO2之間的相互轉(zhuǎn)化，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，步驟可控。基于證據(jù)推理，有助于對(duì)銅和濃硝酸的反應(yīng)、氮氧化物轉(zhuǎn)化的宏觀現(xiàn)象進(jìn)行微觀探析。 關(guān)鍵詞：乳膠管;銅;濃硝酸;一氧化氮;二氧化氮
摘要：用乳膠管和密封塑料鹽水袋組成的實(shí)驗(yàn)裝置，操作簡(jiǎn)單易行，可以反復(fù)重現(xiàn)NO與NO2之間的相互轉(zhuǎn)化，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，步驟可控。基于證據(jù)推理，有助于對(duì)銅和濃硝酸的反應(yīng)、氮氧化物轉(zhuǎn)化的宏觀現(xiàn)象進(jìn)行微觀探析。
關(guān)鍵詞：乳膠管;銅;濃硝酸;一氧化氮;二氧化氮
一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的緣起
銅組合 408 與濃硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，能讓學(xué)生深入了解HNO3及氮氧化物，原蘇教版高中化學(xué)1教材中[1]，設(shè)計(jì)了如圖1的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，基于該實(shí)驗(yàn)，新教材高中化學(xué)必修第二冊(cè)中將銅片改成了銅絲，以控制反應(yīng)的進(jìn)程，但該實(shí)驗(yàn)的效果較單一。在制得氮氧化物的同時(shí)，能全面認(rèn)識(shí)到氮氧化物的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)一體化，是值得思考的問題。
化學(xué)方向評(píng)職知識(shí)：有機(jī)化學(xué)專業(yè)學(xué)術(shù)論文發(fā)表期刊
筆者認(rèn)為，要更全面地認(rèn)識(shí)氮元素，應(yīng)從“價(jià)類二維”的角度，引導(dǎo)學(xué)生從反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象走近微觀本質(zhì)。筆者也曾用小安瓶進(jìn)行NO2與水的歧化反應(yīng)的探究實(shí)驗(yàn)，用注射器向收集滿NO2的小安瓶中先后注入適量蒸餾水、紫色石蕊試液，通過實(shí)驗(yàn)索證，探究NO2的性質(zhì)。但當(dāng)用注射器再繼續(xù)注入空氣，NO由于濃度太低，無法實(shí)現(xiàn)向NO2 的轉(zhuǎn)化。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案
1、主要儀器及藥品
250mL塑料鹽水袋，乳膠管一段(約5cm)，玻璃珠1顆，10mL注射器，洗瓶，洗耳球;
63%濃硝酸，銅絲1根(約10cm)，酚酞，蒸餾水，NaOH溶液。
2、實(shí)驗(yàn)裝置及準(zhǔn)備
裝置由帶有玻璃珠的乳膠管和塑料鹽水袋組成。乳膠管與玻璃珠接觸處，是一個(gè)可以控制的開關(guān)閥門。將10cm的銅絲小心地插入左端塑料封口，并隔著袋子將銅絲彎成連續(xù)的S狀。
擠捏乳膠管中玻璃珠，用洗瓶沿乳膠管注入適量水，倒放裝置如圖1，對(duì)裝置進(jìn)行檢漏。擠捏乳膠管中玻璃珠，將袋子壓扁，盡量排盡袋內(nèi)空氣。
3、主要實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象
(5fbccab43b034_html_53a6efc9d56f23e8.jpg 1)銅與濃硝酸反應(yīng)
用10mL注射器向塑料袋內(nèi)注入4mL 63%的濃硝酸。溶液中銅絲附近產(chǎn)生大量氣泡，袋內(nèi)溶液迅速呈現(xiàn)綠色。液面上方隨著紅棕色氣體的不斷生成，密封袋迅速鼓起，且袋體溫度明顯升高;
反直線 509 應(yīng)原理：Cu + 4HNO3(濃)= Cu(NO3)2 + 2NO2 +2 H2O
(2)NO2的性質(zhì)
待步驟1中塑料袋大部分膨脹后，將塑料袋倒置，銅絲與濃硝酸固液分離，反應(yīng)立即停止。邊擠捏乳膠管中玻璃珠，邊用洗瓶沿著乳膠管向袋內(nèi)注入少量蒸餾水，并輕輕震蕩，紅棕色變淺直至消失，透明袋部分變癟，袋內(nèi)溶液由綠色變成藍(lán)色。
反應(yīng)的原理是：3NO2 + H2O= 2 HNO3 +NO 圖3 銅與濃硝酸反應(yīng)
(3)銅與稀硝酸反應(yīng)
將塑料袋再倒過來，銅絲與稀硝酸固液接觸，銅絲附近產(chǎn)生大量氣泡，塑料袋慢慢變鼓，袋內(nèi)氣體呈無色。
反直線 510 應(yīng)的原理是：3Cu + 8HNO3(稀)= 3Cu(NO3)2 + 2NO +4 H2O
(4)NO的性質(zhì)
再將塑料袋倒置，擠捏玻璃珠，用洗耳球沿乳膠管向袋內(nèi)鼓入空氣。氣體瞬間由無色變?yōu)榧t棕色 ，輕輕搖晃塑料袋，紅棕色又消失�？煞磸�(fù)多次。
反應(yīng)的原理是：2NO+ O2 = 2 NO2
(5)廢液、廢氣處理
廢液：擠捏玻璃珠，將廢液放入盛有約60mL 10%的NaOH溶液與酚酞的燒杯中，過程中燒杯內(nèi)溶液一直呈紅色。 廢氣：用洗耳球鼓入空氣，并用注射器注入NaOH與酚酞的混合液，輕輕震蕩，等待一段時(shí)間，至袋內(nèi)液體呈紅色不褪色，氣體被充分吸收。
反應(yīng)的原理是： 2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O
三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)
1、實(shí)現(xiàn)了將氮氧化物的發(fā)生裝置、性質(zhì)檢驗(yàn)裝置、尾氣吸收一體化。多個(gè)實(shí)驗(yàn)在一個(gè)密封體系中先后進(jìn)行，操作方便，試劑使用量少，綠色環(huán)保。
2、實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程可控，可觀賞性強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)過程可以暫停在任何一步，學(xué)生能清晰看到袋內(nèi)的溶液、氣體的顯著變化，從而進(jìn)行宏微辨析，實(shí)現(xiàn)證據(jù)推理。
3、衍生其他實(shí)驗(yàn)資源。
(1)銅與濃硝酸反應(yīng)呈綠色的原因探究
銅與濃硝酸接觸后的溶液呈綠色。將塑料袋倒置(反應(yīng)停止)后，置于100攝氏度的熱水浴中，可觀察到藍(lán)色溶液中繼續(xù)溢出大量氣泡，并觀察到溶液顏色變化不明顯。因此沿著乳膠管放出少量藍(lán)色液體于試管中，用酒精燈加熱，溶液迅速變藍(lán)，試管里產(chǎn)生紅棕色氣體。因而得出結(jié)論：溶液呈綠色不是硝酸銅的作用，而是由于紅棕色的NO
2溶于硝酸呈現(xiàn)的黃色，與藍(lán)色的硝酸銅溶液混合后呈現(xiàn)出綠色。
(2)濃度對(duì)速率的影響因素的探究
銅與濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，根據(jù)冒氣泡的劇烈程度，單位時(shí)間內(nèi)塑料袋的鼓起的程度等討論化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素。
參 考 文 獻(xiàn)：
王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)1[M].南京：江蘇教育出版社,2018
作者：楊桂霞
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