利用“Y試管”改進(jìn)炭與濃硝酸的反應(yīng)

賈同全

在現(xiàn)行各版本教材（新魯科版、新蘇教版、新人教版）中，都有關(guān)于炭與濃硝酸反應(yīng)的相關(guān)知識(shí)，但在不同的版本中對(duì)該實(shí)驗(yàn)卻都未有涉及。在新魯科版教材中只是提出了：濃硝酸在加熱條件下，還能與炭單質(zhì)等非金屬單質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)：

C+4HNO3（濃）△4NO2↑+CO2↑+2H2O

也未給出實(shí)驗(yàn)及操作。

一、原理與分析

碳是一種重要的非金屬元素，位于元素周期表的第二周期IVA族，電子構(gòu)型為[He]2s22p2，處于得電子和失電子的中間位置。在常溫下，炭的性質(zhì)相對(duì)比較穩(wěn)定，但在一定條件下可與一些非液態(tài)氧化劑容易反應(yīng)，而與液態(tài)氧化劑的反應(yīng)卻要求較高。

在炭與濃硝酸的反應(yīng)中，需將炭在酒精燈上加熱至紅熱后投入到加熱至沸騰的濃硝酸中，為二者的反應(yīng)創(chuàng)造條件。該操作中，有兩處加熱，一是固體炭的加熱，一是液體濃硝酸的加熱，操作相對(duì)復(fù)雜。加熱過(guò)程中部分濃硝酸會(huì)分解，造成大氣污染。

反應(yīng)后，產(chǎn)生紅棕色的NO2會(huì)污染大氣， 產(chǎn)物CO2的檢驗(yàn)是本實(shí)驗(yàn)成功成功所在。

二、儀器與改裝

圖1取1支10 mL Y試管，將其一側(cè)在酒精噴燈加熱至紅熱后，用玻璃棒點(diǎn)壓出1個(gè)凹口部分，注意不要將其點(diǎn)破，用以固定加熱固體炭。

如圖1所示，用一長(zhǎng)鑷子取1.0 g炭固體置于加工后的Y試管A處，并固定于鐵架臺(tái)上。再用長(zhǎng)膠頭滴管將3.0 mL 8 mol·L-1的濃硝酸加于Y試管B處。最后將帶有長(zhǎng)玻璃導(dǎo)管的雙孔橡膠塞塞緊管口，長(zhǎng)玻璃導(dǎo)管的末端伸入到盛有0.2 mol·L-1氫氧化鋇濃溶液15 mL的試管中。

三、實(shí)驗(yàn)與操作

同時(shí)點(diǎn)燃A、B處酒精燈，待A處炭固體紅熱、B處濃硝酸沸騰后，撤去酒精燈。輕輕傾斜Y試管（可通過(guò)傾斜鐵架臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)），使A處紅熱的炭滑入沸騰的濃硝酸中。可看到，紅熱的炭在濃硝酸中燃燒，Y試管中產(chǎn)生大量紅棕色氣體。同時(shí)盛有氫氧化鋇濃溶液的試管中產(chǎn)生白色沉淀，證明有CO2產(chǎn)生，說(shuō)明炭固體被濃硝酸氧化為CO2。此時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為

CO2+Ba2++2OH-BaCO3↓+H2O

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開膠管處止水夾，用洗耳球?qū)⒀b置中殘留的氣體排入小試管中被氫氧化鋇溶液吸收。

四、改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

1.節(jié)約試劑

該實(shí)驗(yàn)中采用1.0 g炭固體及3.0 mL的濃硝酸即可達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模覍?shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，做到了實(shí)驗(yàn)用品的微量化。

2.固、液加熱一體化

本實(shí)驗(yàn)將炭固體的加熱及濃硝酸的加熱在一套密閉裝置中進(jìn)行，將二者的反應(yīng)有機(jī)融合在一起，做到了實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)約化，且能夠防止?jié)庀跛崾軣岱纸猱a(chǎn)生的NO2對(duì)大氣的污染。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后注意了殘留尾氣的吸收，體現(xiàn)綠色化學(xué)的理念。

3.產(chǎn)物驗(yàn)證、尾氣吸收一體化

實(shí)驗(yàn)中，利用過(guò)量氫氧化鋇溶液取代傳統(tǒng)的澄清石灰水吸收生成的NO2和CO2，既有利于NO2的充分吸收，又能使CO2的檢驗(yàn)效果更加明顯，真是一箭雙雕。

由此可見，對(duì)中學(xué)化學(xué)中的一些重要反應(yīng)，我們要敢于打破傳統(tǒng)觀念，利用現(xiàn)有資源創(chuàng)造性地開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)在學(xué)科中的主導(dǎo)作用，體現(xiàn)學(xué)科主導(dǎo)思想和功能，更好地為化學(xué)教學(xué)服務(wù)。

（收稿日期：2015-11-15）