氮的氧化物性質實驗改進

唐光明　羅琳

[摘要]氮的氧化物是中學化學非金屬元素及其化合物的重要組成部分，氮的氧化物性質實驗是學生學習氮的氧化物性質的重要途徑。由于傳統的實驗方法存在污染環境、學生操作復雜等問題，本實驗改進采用醫用輸液袋和注射器來完成氮的氧化物性質實驗。改進后的實驗操作簡單、現象明顯、無污染、學生可操作性強。輸液袋來源廣泛、密封性好且成本低，完全可以推廣使用。

[關鍵詞]氮的氧化物;性質實驗;實驗改進

一、使用教材

人民教育出版社高中化學必修一第四章第三節《硫和氮的氧化物》第二課時。

二、實驗改進背景

傳統實驗方法存在以下不足。

（一）NO與O2反應的實驗中有毒氣體進入空氣中造成環境污染（見圖1）。

（二）NO2與水反應后的生成物難以得到妥善處理（見圖2）。

（三）NO2與O2通入水中的實驗操作復雜，不便于學生動手實驗（見圖3）。

三、實驗改進要點

用250mL和100mL輸液袋代替集氣瓶和試管，并結合注射器完成以下三個實驗：探究NO的性質、探究NO2的性質和探究如何使NO2盡可能多地被水吸收。

四、實驗教學設計

（一）課前準備

制取并收集NO氣體一袋（100mL）和NO2氣體兩袋（均為100mL），O2氣體一袋（250mL）。（制取和收集裝置見圖4）。

（二）說明：

1.先用注射器將輸液袋中少量液體和空氣吸出。

2.收集NO氣體時先在輸液袋中注入少量水，收集滿后再用注射器將水吸出。主要是防止NO氣體中混有NO2氣體。

3.實驗藥品和儀器（見圖5）。藥品：NO、NO2、O2、H2O、紫色石蕊試液。儀器和用品：燒杯、注射器三支（60mL、30mL和10mL）、輸液袋兩種（100mL、250mL）。

（三）實驗教學環節

1.探究NO的性質

活動一：觀察NO氣體的顏色和狀態，然后向NO氣體中注入少量水，觀察溶解情況。實驗現象：輸液袋體積沒有明顯變化。實驗結論：NO是無色、難溶于水的氣體。

活動二：向NO氣體中注入O2并觀察實驗現象。實驗現象：無色氣體變為紅棕色（見圖6），可以摸到輸液袋溫度升高。實驗結論：2NO+O2==2NO2該反應放熱。

2.探究NO2的性質

活動三：觀察NO2氣體的顏色和狀態，并總結NO2部分物理性質。實驗結論：NO2是紅棕色的有毒氣體。活動四。

（1）向裝NO2氣體（體積為100mL）的輸液袋中注入少量水，觀察現象。

（2）用60mL注射器測量無色氣體的體積，測量后并將無色氣體注入袋內。

（3）向生成的無色氣體中注入O2，觀察現象。

（4）用10mL注射器取少量紫色石蕊試液注入輸液袋中，觀察現象。

實驗現象

（1）紅棕色氣體變為無色，氣體體積減小，所得溶液無色（見圖7）。

（2）無色氣體的體積約為NO2體積的三分之一。

（3）無色氣體變為紅棕色（見圖8）。

（4）無色溶液變為紅色（見圖9）。

實驗結論：NO2與水的反應：3NO2+H2O==2HNO3+NO

3.探究如何使NO2盡可能多地被水吸收

活動五：設計實驗要求使輸液袋中的NO2（體積為100mL）盡可能多地被水吸收。

實驗操作步驟：

步驟一：向裝有NO2的輸液袋中注入少量水，并振蕩輸液袋。

步驟二：取一定體積的O2注入輸液袋中，邊注入O2邊振蕩輸液袋。

步驟三：當氣體顏色沒有變化時，停止注入氧氣。

實驗現象：步驟一中注入水后紅棕色氣體變為無色，氣體體積減小。步驟二中注入氧氣后無色氣體又變為紅棕色，振蕩輸液袋后氣體體積進一步減小。步驟三中當注入氧氣至氣體顏色不再改變時為NO2氣體最大限度地被水吸收。

實驗結論：注入適量的氧氣可以使NO2氣體盡可能多地被水吸收，理論上消耗氧氣的體積為NO2體積的四分之一。

注：實驗中沒有特殊說明注射器規格時均選用30mL。在探究“如何使NO2盡可能多地被水吸收”實驗中，可以用注射器讀取消耗氧氣的體積，由于受到溫度和純度的影響，實驗測量值與理論值有差距，可以根據學生實際情況選擇性完成實驗教學。

五、實驗效果評價

（一）實驗改進優點

1.實驗操作簡單、現象明顯、學生可操作性強。學生動手實驗并近距離觀察實驗現象，感受化學之美。

2.輸液袋密封性好無污染物逸出，學生的環保意識得到提高。

3.實驗結束后剩余的有害物質在輸液袋中，便于統一回收集中處理，不易造成環境污染。

（二）基于化學學科核心素養的實驗教學能達到的預期目標如下

1.宏觀辨識與微觀探析：通過觀察氮的氧化物性質實驗現象，從微觀分析物質反應的過程和原理來了解NO及NO2的物理及化學性質。

2.科學探究與創新意識：通過探究“NO的性質”和“NO2的性質”，來培養學生的科學探究能力和實驗創新意識。

3.科學態度與社會責任：通過實驗設計“如何使NO2盡可能多地被水吸收”，讓學生樹立環保意識和綠色化學思想。

參考文獻：

中華人民共和國教育部普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.