探究“二氧化氮與水反應”的實驗設計

摘 要: 本文通過理論探討NO與水反應原理，設計討論實驗裝置，并進行實驗探究，最后得到優化實驗設計方案的一個科學探究案例。

關鍵詞: NO 與水反應 實驗設計 實驗探究

1.設計理念

以實驗為基礎是化學科的重要特征之一。化學實驗對全面提高學生的科學素養有著極為重要的作用，以化學實驗為主體的多種探究活動，能使學生體驗科學研究的過程，激發學習化學的興趣，強化科學探究的意識，促進學習方式的轉變，培養創新精神和實踐能力。因此，在教學中教師必須強化實驗的功能，改變以往的實驗只是起演示和輔助的作用，重視化學實驗及化學實驗探究，培養學生的創新思維和實驗設計、實驗操作的能力;同時，化學教學內容要加強與社會、生活、生產實際的聯系，拓寬學生的視野;注重開闊思路，綜合運用化學及其他學科的知識引導學生分析和解決有關問題。

2.提出問題

(1)根據NO氣體溶于水的化學方程式:3NO+HO=2HNO+NO，2NO+O=2NO可知，①可用這個反應原理制取硝酸，②產物中NO剩余，要通過循環供給氧氣才使之消耗，③實驗產生有毒的NO、NO可能逸出污染環境，④給你一試管NO氣體，其他藥品和儀器自選，怎樣設計實驗才能提高NO的利用率，又不污染環境。

(2)創設情景(播放情景資料，學生認識NO的毒性和對空氣的污染)

二氧化氮是一種紅棕色、有強烈的刺激性的氣體，吸入人體后形成硝酸、亞硝酸，使人鼻、喉部疼痛，胸部有灼燒感，進而可引起支氣管炎、肺水腫、化學性肺炎。高濃度時出現呼吸困難，意識喪失而死亡。吸入200ppm的NO在短時間內就可死亡。

1952年12月5—8日駭人聽聞的“倫敦煙霧事件”使飛機被迫取消航班，汽車即使白天行駛也須打開車燈，行人走路都極為困難。許多人感到呼吸困難，眼睛刺痛，流淚不止。倫敦醫院由于呼吸道疾病患者劇增而一時爆滿，倫敦城內到處都可以聽到咳嗽聲。僅僅4天時間，死亡人數達4000多人。就連當時舉辦的一場盛大的得獎牛展覽中的350頭牛也慘遭劫難。1頭牛當場死亡，52頭嚴重中毒，其中14頭奄奄待斃。2個月后，又有8000多人陸續喪生。釀成倫敦煙霧事件主要的兇手有兩個:冬季取暖燃煤和工業排放的煙霧是元兇，逆溫層現象是幫兇。倫敦工業燃料及居民冬季取暖使用煤炭，煤炭在燃燒時，會生成水(HO)、二氧化碳(CO)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO)、二氧化氮(NO)和碳氫化合物(CxHy)等物質。

3.實驗設計

(1)學生根據要求設計實驗裝置，寫出主要操作步驟。

(2)比較、討論:收集、展示有代表性的裝置圖，并由學生簡要說明設計意圖和主要步驟;學生比較、討論、修正，選出好的方案。(有下列裝置)

討論:A、B沒有通入空氣，有NO剩余，排到空氣中造成環境污染，NO沒得到充分利用;

C、D、E通入了空氣，能與生成的NO反應生成NO，基本符合要求;

C中通入氧氣，沒必要，通空氣就可以了，因為空氣中有1/5的氧氣;

C、D中的空氣通入方法:連接一個單向通的洗耳球，擠壓橡皮球使空氣進入。

結論:符合要求的有C、D、E。

4.實驗探究

學生分三組，分別用裝置C、D、E做NO與水反應的實驗，觀察、記錄現象完成實驗后，分別由三組學生口頭回答下表:

表1

5.整理反思

(1)實驗方案、裝置設計的基本要求:科學性、安全性、可行性、簡約性。

(2)根據化學反應原理，把握物質的各項理化性質，綜合分析、全面考慮其它性質對此實驗的影響。不但要考慮反應是否完成、產品是否生成，還要考慮有害物質的處理、反應物的充分利用、提高產量，勇于創新。

(3)化學實驗方案設計需要師生緊密配合。首先，教師應具備一定科學探究的基本素養和能力，以自己的創新精神和理念培養學生的創新思維、激發學生的科學探究欲望，提高學生的科學探究能力;課堂上善于以知識提問題，然后以問題促思考、以問題促探究、以探究激興趣。其次，教師要充分利用教書中的實驗、科學探究、科學視野、科學史話、實踐活動等拓展和開發學生探究、創新活動資源，充分利用實驗室、日常生活用品進行科學探究活動。只有這樣才能使科學探究活動更具有廣泛性、適用性和創新性。

參考文獻:

[1]人民教育出版社等編.普通高中課程標準實驗教科書化學(必修1).北京:人民教育出版社，2007:91-92.

[2]人民教育出版社等編.普通高中課程標準(實驗).北京:人民教育出版社，2007:2.