ＮＯ氣體制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)與創(chuàng)新

文章編號(hào)：1005－6629(2008)01－0018－02中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

1問題的提出

在現(xiàn)行的人教版全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書（必修加選修）化學(xué)第二冊(cè)16頁，有一個(gè)銅與稀HNO₃反應(yīng)制NO的實(shí)驗(yàn)［實(shí)驗(yàn)1-7］ ，做好了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，不僅能加深學(xué)生對(duì)硝酸氧化性的認(rèn)識(shí)，并且還可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。但在教學(xué)實(shí)踐中，筆者認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)存在兩點(diǎn)不足：

第一，試管內(nèi)的空氣若不事先排盡，生成的NO會(huì)被氧氣氧化成紅棕色的NO₂，學(xué)生難以觀察到無色的NO生成，進(jìn)而難以從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象上直觀地得出“銅與稀HNO₃反應(yīng)生成無色NO”的結(jié)論。

第二，取下裝有稀HNO₃試管上的膠塞后，NO₂氣體會(huì)逸出，造成空氣污染。為了解決上述不足，許多教師設(shè)計(jì)出了這樣或那樣的改進(jìn)裝置，效果也不錯(cuò)。筆者經(jīng)過多次研究和改進(jìn)，設(shè)計(jì)了下面的實(shí)驗(yàn)，特點(diǎn)是裝置很簡(jiǎn)單，效果特別好。

2實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

2.1實(shí)驗(yàn)用品

銅片(長約2cm， 寬約0.8cm）、 稀HNO₃（4mol/L） 、NaOH濃溶液。

醫(yī)用塑料注射器（50ml ，帶針頭 ，用做反應(yīng)容器，經(jīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)拖跛岣g）、環(huán)形小磁鐵（即小耳機(jī)里面的磁鐵，直徑約1.2cm，經(jīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)拖跛岣g）、燒杯、半環(huán)形磁鐵（即小喇叭里面的磁鐵，直徑約4cm ，從中間斷開，用其一半，經(jīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)拖跛岣g）、密封帽（制作方法見實(shí)驗(yàn)步驟⑶）、尼龍窗紗線（用于把銅片和環(huán)形小磁鐵捆在一起，經(jīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)拖跛岣g） 白硬紙板（做陪襯背景用）、 錐子（給銅片打孔用）。

2.2實(shí)驗(yàn)裝置

1.環(huán)形小磁鐵（放大圖） 2.銅片 3.活塞

4.捆有環(huán)形小磁鐵的銅片 5.針頭6.稀HNO₃

7.密封帽 8.熱水 9.半環(huán)形磁鐵10.NaOH濃溶液

2.3實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象

⑴ 取4片銅片，分別用錐子在中間打個(gè)小孔，用尼龍窗紗線把銅片和環(huán)形小磁鐵捆在一起（如圖1所示，小磁鐵在中間 ，兩邊各2片銅片）。拔出注射器活塞，把捆有環(huán)形小磁鐵的銅片放入注射器內(nèi)，塞上活塞并向內(nèi)推至活塞與銅片接觸。（如圖2所示）

(2) 向一小燒杯中倒入適量稀硝酸，用注射器吸入約10ml稀硝酸，酸液要浸沒銅片且液面要高出銅片約0.5cm。使注射器針頭向上，用手彈幾下注射器的酸液部位，使酸液中的氣泡上逸，然后輕輕向內(nèi)推動(dòng)活塞（如圖3所示），同時(shí)適當(dāng)傾斜注射器，活塞推至把注射器內(nèi)的空氣排盡為止。（當(dāng)空氣排盡時(shí)，針頭出口處會(huì)有連續(xù)的酸液冒出）

⑶ 迅速拔掉針頭，換上密封帽塞緊上口。（如圖4所示）（注：密封帽是用來密封注射器內(nèi)生成的氣體，防止其外逸的。其制作方法是：取一個(gè)注射器針頭，剪掉外露的金屬管，然后用酒精燈灼燒剪口，使剪口處塑料熔化，把剪口塑封住即可）

⑷ 把注射器內(nèi)的酸液部位浸在盛有熱水的大燒杯中（水溫以45℃左右為宜），浴熱約2分鐘（如圖5所示），當(dāng)看到銅片表面有較多氣泡產(chǎn)生時(shí)，取出注射器，使注射器密封帽向上，把其固定在鐵架臺(tái)上（如圖6所示， 鐵架臺(tái)及夾持裝置略），把白硬紙板放在注射器后面，做陪襯背景，觀察現(xiàn)象，約3min后便會(huì)看到：銅片表面有大量氣泡產(chǎn)生；液面上方收集到一定體積的無色氣體；溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色；同時(shí)還會(huì)看到注射器的活塞緩慢地自動(dòng)向外推出，收集到的無色氣體的體積增大（觀察注射器刻度便知）。

⑸ 當(dāng)收集到約30mL無色氣體時(shí)，把半環(huán)形磁鐵緊貼注射器外壁靠近銅片的部位，銅片被吸引住，然后緩緩地沿外壁上移磁鐵至注射器的外頂部并固定下來，此時(shí)銅片會(huì)被吸引著隨外部磁鐵沿內(nèi)壁向上滑動(dòng)（如圖7所示），最后被外部磁鐵吸在注射器的內(nèi)頂部并固定下來（注意動(dòng)作要慢，不能讓銅片中途掉下來）。此時(shí)由于銅片與酸液脫離接觸，反應(yīng)停止（如圖8所示）。若還想讓反應(yīng)發(fā)生，只需撤掉外部的半環(huán)形磁鐵即可，此時(shí)銅片會(huì)失去吸引從上面掉下來，與酸液重新接觸發(fā)生反應(yīng)。

⑹ 拔掉密封帽，迅速向外拉動(dòng)注射器活塞（如圖9所示 ， 不要拉到底，留一段距離吸堿液用），然后再迅速重新蓋好密封帽。當(dāng)向外拉動(dòng)活塞時(shí)會(huì)馬上觀察到注射器內(nèi)的無色氣體立刻變?yōu)榧t棕色，這充分說明我們最初收集到的氣體是NO且NO不溶于水。若此時(shí)輕輕振蕩注射器，還會(huì)發(fā)現(xiàn)注射器內(nèi)紅棕色氣體顏色變淺，這又說明了NO₂能與水反應(yīng)這個(gè)事實(shí)。

⑺ 向另一小燒杯中倒入適量NaOH濃溶液。迅速拔掉注射器密封帽，換上針頭并塞緊，從鐵架臺(tái)上取下注射器，用注射器吸入一定量的NaOH濃溶液（如圖10所示）（把活塞外拉至注射器最大容積處為止），然后迅速拔掉針頭，換上密封帽塞緊上口，用力劇烈振蕩注射器，以充分吸收其內(nèi)的有害氣體（NO、NO₂的混合物）。

3裝置的優(yōu)點(diǎn)

⑴ 此實(shí)驗(yàn)將NO的制備和性質(zhì)溶為一體，既可看到無色的NO氣體，也能看到NO遇空氣（氧氣）變?yōu)榧t棕色的NO₂這個(gè)變化，還能驗(yàn)證NO₂能與水反應(yīng)這個(gè)事實(shí)，具有較強(qiáng)的直觀性。這不僅有效地保障了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，并且明顯的現(xiàn)象變化還可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

⑵ 整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程幾乎均在密閉條件下進(jìn)行，有害氣體幾乎不泄露，防止空氣污染效果極其顯著。

⑶ 該實(shí)驗(yàn)利用磁鐵與磁鐵之間的引力，巧妙地實(shí)現(xiàn)了使反應(yīng)隨時(shí)發(fā)生，隨時(shí)停止，既靈活方便，又節(jié)約了藥品。該裝置可反復(fù)使用。

⑷ 該實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)潔，原材料易得，實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)明，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，并富于創(chuàng)新，既適于教師課堂上演示，更適合于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，并能激勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的大膽改進(jìn)與創(chuàng)新。

4幾點(diǎn)說明

⑴ 稀HNO₃的最佳物質(zhì)的量濃度為4mol/L。若濃度偏低，則反應(yīng)太慢，需要時(shí)間較長；若濃度偏高，則反應(yīng)有NO₂生成，不易觀察到無色的NO氣體生成。這是實(shí)驗(yàn)成敗的一個(gè)重要前提。

⑵ 吸入稀HNO₃后，一定要把注射器內(nèi)的空氣徹底排盡，溶液中千萬不能有氣泡，哪怕是一個(gè)小小的氣泡。這是實(shí)驗(yàn)成敗的一個(gè)關(guān)鍵操作。

⑶ 水浴加熱的溫度不能過高（以45℃左右為宜），浴熱的時(shí)間不能過長（當(dāng)看到銅片表面有較多氣泡產(chǎn)生時(shí)即可），否則HNO₃會(huì)發(fā)生分解，放出NO₂，不易觀察到無色的NO氣體的生成。

⑷ 實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)戴上橡膠手套，防止酸液腐蝕皮膚。

⑸ 本實(shí)驗(yàn)裝置用來演示其他固體與液體反應(yīng)制取氣體的某些實(shí)驗(yàn)，也能獲得較好的效果。