化學反應中無氧條件的創設

陳燕

【摘要】如何在無氧環境中發生反應，是一個非常苛刻的實驗條件。總結出了四種方式。吸氣排空氣、吸液排空氣、注液排空氣、通氣排空氣。后三種方法都能很好得到無氧條件，但存在不同問題。

【關鍵詞】無氧環境；實驗條件；改進方案

【中圖分類號】G633.8 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）16-0264-01

按照課本演示實驗，在實驗室制備一氧化氮，雖裝置簡單，操作簡便；但有諸多不足：反應不可控。污染性氣體二氧化氮不能被充分吸收，對空氣有一定污染。管內有空氣，產生的一氧化氮立即變為紅棕色，不能清晰觀察到無色的一氧化氮。觀察不到一氧化氮，是因為空氣的原因，如何在無氧環境中發生反應，是一個非常苛刻的實驗條件，我總結了以下四種方法。

方法一：我將其稱為吸氣排空氣，用注射器將封閉了的試管內空氣完全吸出形成真空，但是，從物理知識告訴我們：用注射器是不能在管內形成真空的，此方法排除。方法二：我將其稱為吸液排空氣，將反應容器（越細越好）的下口浸入硝酸溶液中，用洗耳球從上口吸氣，使硝酸上升至活塞處，關閉活塞，排除空氣。方法三：注液排空氣，將反應容器設計為U形管，從左側注入稀硝酸至右側活塞處（左側比右側高），關閉活塞，排除管內空氣。方法四：通氣排空氣，將生成二氧化碳氣體的裝置與產生NO的反應裝置利用Y形管連通在一起，用碳酸鈣和稀鹽酸反應產生的二氧化碳排除裝置內空氣。

后三種方案都能很好得到無氧條件，但存在不同問題，方法二中，活塞下方會產生一定量的一氧化氮，打開活塞時，反應液會很快流下，氣體外流，而在下方再加一活塞，通過兩個活塞配合，控制反應進行，控制氣體排放。方法三中存在的問題與方案二相似，打開活塞時，管內溶液將氣體很快推出管外，導致氣體外漏。改裝方法與方法二基本相同，在管的另一端加一止水夾，可以控制液體，以控制氣體的存與排，同時用不等高U形管可節約硝酸。方法四，借用Y形管將產生二氧化碳的試管與產生一氧化氮的試管合二為一，增強了密閉性，又簡化了裝置，以下是具體的實驗方案：

實驗目的：通過遇空氣變紅棕色驗證銅與稀硝酸的反應產物為NO。

化學用品：銅絲、稀硝酸、碳酸鈣固體、氫氧化鈉溶液、澄清石灰水、酒精燈、脫脂棉。

1.方法二中在管內放入螺旋狀銅絲，將管的下口放在靠近小燒杯內的底部，在燒杯內裝入約80毫升稀硝酸，打開上下活塞，用洗耳球從上口吸氣使硝酸上升至活塞處，關閉活塞，反應至距上活塞下方有一段氣柱時，將占有氧化鈉溶液的脫脂棉塞在上管口，打開上活塞關閉下活塞。

2.方法三中在裝置左側將帶有銅絲的活塞塞住管口，打開活塞，在右側加入稀硝酸至左側塞子處，關閉塞子，反應至距左側塞子下方有一段氣柱時，將占有氧化鈉溶液的脫脂棉塞在管口，關閉右側活塞，打開左側塞子。

3.方法四中在裝置左側加入一定量的碳酸鈣固體，在右側加入銅絲和稀硝酸，蓋上塞子將管略向左側傾斜，使部分硝酸進入左側后回正試管，當澄清石灰水變渾濁時，微微加熱右側管，當石灰水不再變渾濁時，將導氣管插入試管中，并在管口塞上浸有氧化鈉溶液的脫脂棉。

實驗現象：

1.方法二中銅絲上有氣泡，溶液變藍，當打開上活塞關閉下活塞時，在管內看到氣體有無色變為紅棕色。

2.方法三中銅絲上有氣泡，溶液變藍，當打開左側塞子時，在管內看到氣體有無色變為紅棕色。

3.方法四中銅絲上有氣泡，溶液變藍，在塞有脫脂棉的小試管內看到氣體有無色變為紅棕色。

實驗總結：以上三個實驗方法的改進，都得到了排除空氣的反應環境，較明顯的觀察到了無色變紅色的變化過程。方法二的操作最簡便，現象明顯，不足的是：不能加熱，反應時間較長。方法三改成了U形彎管，可以通過加熱縮短了觀察時間，不足是，止水夾與塞子的控制要熟練。方法四的裝置最簡單，操作也方便，節約試劑，也可加熱，現象明顯，廢氣的收集得當。

特別指出的是：

1.方法三、四都用了加熱的操作，在反應前必須對稀硝酸進行加熱處理，排除酸中溶解的氧氣，否則酸中溶解的氧氣也會將生成的一氧化氮變成紅棕色二氧化氮。

2.氣壓差的存在是該實驗成敗很關鍵的一個因素，甚至影響實驗的安全進行。而通過活塞、止水夾的配合很好解決了這一問題，使得反應順利進行。

改進：

1.用通氣排氣法得到無氧環境需要較長時間；很多儀器連接處都為膠塞和橡膠管，且與硝酸直接接觸，容易被硝酸氧化。

2.新技術在化學實驗中的應用。

結語

1.在思考查閱資料、討論、合作的基礎上，共得到了三種改進裝置，對學生的合作意識、探究能力、動手操作、分析問題、解決問題、發散思維都有很大程度提高，激發了學生探究未知領域的興趣。同時在知識上，增強了學生對銅與稀硝酸反應生成一氧化氮的認識。

2.培養環保意識，滲透綠色化學思想。培養了實驗操作、實驗設計與評價的專業素養。

3.結合專業發展的需要來組織課堂，體現了“做中學、學中做”。改進后的試驗成果激發了學生的求知欲，和創新熱情。

參考文獻

[1]普通高中課程標準試驗教科書.化學必修1[M].山東科學技術出版社，2007.

[2]普通高中課程標準試驗教科書.化學必修1教師用書[M].山東科學技術出版社，2007.