化學(xué)反應(yīng)中無氧條件的創(chuàng)設(shè)

陳燕

【摘要】如何在無氧環(huán)境中發(fā)生反應(yīng)，是一個非常苛刻的實驗條件。總結(jié)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(guān)鍵詞】無氧環(huán)境；實驗條件；改進(jìn)方案

【中圖分類號】G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)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(yīng)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(nèi)有空氣，產(chǎn)生的一氧化氮立即變?yōu)榧t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(huán)境中發(fā)生反應(yīng)，是一個非常苛刻的實驗條件，我總結(jié)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(nèi)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(nèi)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(yīng)容器（越細(xì)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(guān)閉活塞，排除空氣。方法三：注液排空氣，將反應(yīng)容器設(shè)計為U形管，從左側(cè)注入稀硝酸至右側(cè)活塞處（左側(cè)比右側(cè)高），關(guān)閉活塞，排除管內(nèi)空氣。方法四：通氣排空氣，將生成二氧化碳?xì)怏w的裝置與產(chǎn)生NO的反應(yīng)裝置利用Y形管連通在一起，用碳酸鈣和稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳排除裝置內(nèi)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(chǎn)生一定量的一氧化氮，打開活塞時，反應(yīng)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(yīng)進(jìn)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(nèi)溶液將氣體很快推出管外，導(dǎo)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(jié)約硝酸。方法四，借用Y形管將產(chǎn)生二氧化碳的試管與產(chǎn)生一氧化氮的試管合二為一，增強(qiáng)了密閉性，又簡化了裝置，以下是具體的實驗方案：

實驗?zāi)康模和ㄟ^遇空氣變紅棕色驗證銅與稀硝酸的反應(yīng)產(chǎn)物為NO。

化學(xué)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(nèi)放入螺旋狀銅絲，將管的下口放在靠近小燒杯內(nèi)的底部，在燒杯內(nèi)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(guān)閉活塞，反應(yīng)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(guān)閉下活塞。

2.方法三中在裝置左側(cè)將帶有銅絲的活塞塞住管口，打開活塞，在右側(cè)加入稀硝酸至左側(cè)塞子處，關(guān)閉塞子，反應(yīng)至距左側(cè)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(guān)閉右側(cè)活塞，打開左側(cè)塞子。

3.方法四中在裝置左側(cè)加入一定量的碳酸鈣固體，在右側(cè)加入銅絲和稀硝酸，蓋上塞子將管略向左側(cè)傾斜，使部分硝酸進(jìn)入左側(cè)后回正試管，當(dāng)澄清石灰水變渾濁時，微微加熱右側(cè)管，當(dāng)石灰水不再變渾濁時，將導(dǎo)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(xiàn)象：

1.方法二中銅絲上有氣泡，溶液變藍(lán)，當(dāng)打開上活塞關(guān)閉下活塞時，在管內(nèi)看到氣體有無色變?yōu)榧t棕色。

2.方法三中銅絲上有氣泡，溶液變藍(lán)，當(dāng)打開左側(cè)塞子時，在管內(nèi)看到氣體有無色變?yōu)榧t棕色。

3.方法四中銅絲上有氣泡，溶液變藍(lán)，在塞有脫脂棉的小試管內(nèi)看到氣體有無色變?yōu)榧t棕色。

實驗總結(jié)：以上三個實驗方法的改進(jìn)，都得到了排除空氣的反應(yīng)環(huán)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(xiàn)象明顯，不足的是：不能加熱，反應(yīng)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(jié)約試劑，也可加熱，現(xiàn)象明顯，廢氣的收集得當(dāng)。

特別指出的是：

1.方法三、四都用了加熱的操作，在反應(yīng)前必須對稀硝酸進(jìn)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(guān)鍵的一個因素，甚至影響實驗的安全進(jìn)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(yīng)順利進(jìn)行。

改進(jìn)：

1.用通氣排氣法得到無氧環(huán)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(shù)在化學(xué)實驗中的應(yīng)用。

結(jié)語

1.在思考查閱資料、討論、合作的基礎(chǔ)上，共得到了三種改進(jìn)裝置，對學(xué)生的合作意識、探究能力、動手操作、分析問題、解決問題、發(fā)散思維都有很大程度提高，激發(fā)了學(xué)生探究未知領(lǐng)域的興趣。同時在知識上，增強(qiáng)了學(xué)生對銅與稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮的認(rèn)識。

2.培養(yǎng)環(huán)保意識，滲透綠色化學(xué)思想。培養(yǎng)了實驗操作、實驗設(shè)計與評價的專業(yè)素養(yǎng)。

3.結(jié)合專業(yè)發(fā)展的需要來組織課堂，體現(xiàn)了“做中學(xué)、學(xué)中做”。改進(jìn)后的試驗成果激發(fā)了學(xué)生的求知欲，和創(chuàng)新熱情。

參考文獻(xiàn)

[1]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗教科書.化學(xué)必修1[M].山東科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[2]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗教科書.化學(xué)必修1教師用書[M].山東科學(xué)技術(shù)出版社，2007.