硝酸性質(zhì)的微型一體化實(shí)驗(yàn)探究

摘 要：將銅與濃稀硝酸反應(yīng)，一氧化碳和二氧化碳的相互轉(zhuǎn)化與相關(guān)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)微型一體化設(shè)計，使裝置更加簡潔，操作更加簡便，同時還體現(xiàn)了環(huán)保思想，提高了課堂演示效率。

關(guān)鍵詞：銅；硝酸；一氧化氮；二氧化氮；一體化實(shí)驗(yàn)

一、 問題提出

硝酸的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)學(xué)習(xí)氮的化合物中的重要知識點(diǎn)。在不同版本的教材也進(jìn)行不同的處理，但是兩個裝置同時都存在同樣的問題：（1）不能很好地控制反應(yīng)進(jìn)行與停止，蘇教版中實(shí)驗(yàn)隨著反應(yīng)進(jìn)行氣體不斷生成，氣壓增大，導(dǎo)致分液漏斗中的水無法順利滴下。（2）無法證明銅與稀硝酸反應(yīng)得到的是NO。（3）尾氣處理裝置做得不到位。反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化氮無色無味，難溶于水，二氧化氮是有毒氣體，一旦在尾氣吸收不完全那么在拆卸裝置的過程中導(dǎo)致氣體泄漏，引起環(huán)境污染，危害師生的身心健康。介于此類問題使得硝酸的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)在實(shí)際教學(xué)過程中難以順利開展，教師大多數(shù)采用視頻實(shí)驗(yàn)來代替演示實(shí)驗(yàn)。那么如何改進(jìn)硝酸的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，提高課堂效率，同時學(xué)生又能真切地感受到硝酸的相關(guān)性質(zhì)，無論對于當(dāng)前的課堂教學(xué)，還是我們一直所提倡的“綠色環(huán)保”的生活態(tài)度都是有待被解決的問題。

二、 硝酸的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

（一） 設(shè)計目的

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計應(yīng)用常規(guī)儀器以及生活中常見的醫(yī)用工具廢棄物將銅與濃硝酸和稀硝酸的反應(yīng)，一氧化氮二氧化氮性質(zhì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一體化設(shè)計，使得整個裝置，反應(yīng)可便捷控制，現(xiàn)象明顯，尾氣吸收處理，對空氣無污染，大大提高該實(shí)驗(yàn)在實(shí)際教學(xué)中的利用率。同時微型化設(shè)計更節(jié)約成本，又有益于環(huán)保。

（二） 實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證濃硝酸、稀硝酸都具有的強(qiáng)氧化性，選擇與不活潑的金屬Cu反應(yīng)。反應(yīng)原理：Cu+4HNO3（濃）Cu（NO3）2+NO2↑+2H2O，3Cu+8HNO33Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O。

產(chǎn)物檢驗(yàn)則根據(jù)一氧化氮和二氧化氮的有關(guān)性質(zhì)。二氧化氮是黃綠色氣體可通過觀察進(jìn)行辨別，而一氧化氮是無色無味氣體，卻能在空氣在轉(zhuǎn)化為二氧化氮，因此可通過鼓入空氣觀察其轉(zhuǎn)化過程。最后滴加紫色石蕊溶液，驗(yàn)證二氧化碳溶于水得到硝酸。部分反應(yīng)原理如下：

2NO+O22NO2

3NO2+H2O2HNO3+NO

4NO+3O2+2H2O4HNO3

（三） 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

實(shí)驗(yàn)儀器：干燥管，注射器，輸液袋及連接導(dǎo)管，三通管，加壓球。

實(shí)驗(yàn)試劑：銅片，濃硝酸，蒸餾水，紫色石蕊溶液。

（四） 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1 硝酸性質(zhì)一體化實(shí)驗(yàn)

（五） 實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象分析

1. 打開旋塞1，將注射器內(nèi)的濃硝酸緩慢地加入放有銅片的干燥管內(nèi)，可以看到迅速產(chǎn)生紅棕色氣體，溶液開始顯藍(lán)色，觀察右側(cè)輸液袋的現(xiàn)象：有大量紅棕色氣體產(chǎn)生，體積膨脹，稍加振蕩，紅棕色則消失。反應(yīng)原理3NO2+H2O2HNO3+NO。

2. 向外拉動下方的注射器然后回位，干燥管內(nèi)的氣壓減小，將輸液袋倒放（打點(diǎn)滴原理），輸液袋中的水在壓差以及重力的作用下通過三通管倒吸回干燥管，使?jié)庀跛岜幌♂專芤鹤優(yōu)樗{(lán)色，同時產(chǎn)生無色氣體。右側(cè)的輸液袋由于氣體的進(jìn)入，體積再次膨脹。

3. 輕輕擠壓加壓球，使空氣進(jìn)入輸液袋，觀察到氣體顏色由無色變?yōu)榧t棕色，稍加振蕩，紅棕色消失，體積減小。反應(yīng)原理：2NO+O22NO2；4NO+3O2+2H2O4HNO3。

4. 向輸液袋中注入紫色石蕊溶液。溶液由無色變?yōu)榧t色，則證明最后的溶液應(yīng)為硝酸溶液。

5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，打開旋塞1，關(guān)閉旋塞2，擠壓加壓球，并向右拉動注射器活塞使空氣進(jìn)入干燥管，使溶液在壓力和重力作用下，倒吸回注射管中，實(shí)驗(yàn)停止。

6. 尾氣吸收：關(guān)閉旋塞1，打開旋塞2，將少量輸液袋蒸餾水倒吸回干燥管內(nèi)，然后擠壓加壓球注入空氣，不斷振蕩，直至氣體變?yōu)闊o色。

7. 尾氣吸收完全檢驗(yàn)：右側(cè)的注射器抽少量的氣體后拔出并抽入空氣，注射器內(nèi)氣體顏色無變化，則證明尾氣已被完全吸收。

三、 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)

1. 微型節(jié)約，材料易得。主要器材是干燥管，輸液袋和注射器，這材料都是常見儀器或者生活的廢物利用，體積小，藥品用量少，整個裝置處在密閉狀態(tài)，拆卸裝置前也通過注入空氣處理裝置內(nèi)殘余的污染氣體，真正做到零排放，體現(xiàn)“低碳，綠色，環(huán)保”的科學(xué)理念。

2. 裝置集合了銅與濃硝酸、稀硝酸的反應(yīng)，一氧化氮與二氧化氮相互轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，二氧化氮溶于水的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，硝酸檢驗(yàn)，尾氣吸收完全與否的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)于一體，使操作更簡便化，大大提高課堂的效率。

3. 該實(shí)驗(yàn)使用透明的輸液袋，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯易于觀察。以解決在課堂的演示時后排學(xué)生有看不見的問題。

四、 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新是在教材的基礎(chǔ)上，利用新型的反應(yīng)裝置使實(shí)驗(yàn)更加簡約化，環(huán)保化和集約化，創(chuàng)新化。從實(shí)驗(yàn)出發(fā)最終回歸教材，為教學(xué)所用。體現(xiàn)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教育功能，使學(xué)生不僅僅學(xué)會相關(guān)學(xué)科課本知識，還能理解實(shí)驗(yàn)背后所蘊(yùn)含的育人內(nèi)涵，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中體會實(shí)驗(yàn)的樂趣，激發(fā)化學(xué)學(xué)習(xí)的熱情，還能夠潛移默化地滲透環(huán)保、創(chuàng)新等理念，從而實(shí)現(xiàn)提高化學(xué)教學(xué)質(zhì)量與全面落實(shí)培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王磊.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)1（必修）[M].濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2011.

作者簡介：

張玲玲，福建省福州市，福建師范大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院。