自制教具探究NO2的制取和性质实验

何爱玲

自制教具探究NO2的制取和性质实验

何爱玲

人教版《普通高中课程标准实验教科书化学(必修1)》中《硫和氮的氧化物》的科学探究要求：现给你一试管二氧化氮，其他药品和仪器自选。

1.请你设计实验，要求尽可能多地被水吸收。

2.你的设计对工业上生产硝酸有什么启示？(从原料的充分利用、减少污染物的排放等方面考虑。)

教师用书中建议采用课堂实验教学法，写出实验报告。实验现象与结论：

1.提示：实验所需的氧气可以当时制取，也可以课前制好，装在塑料袋中供学生选用(见表1)。

表1

2.提示：从上述实验结果可知，只有2/3的二氧化氮转化为硝酸，而1/3的二氧化氮转化为一氧化氮。因此，硝酸工业常在吸收反应进行过程中补充一些空气，使生成的一氧化氮再氧化为二氧化氮，二氧化氮溶于水又生成硝酸和一氧化氮。经过这样多次的氧化和吸收，二氧化氮可以比较完全地被水吸收，能够尽可能多地转化为硝酸。

二氧化氮是造成大气污染的主要气体，大气质量与二氧化氮的含量有关。笔者在实验中遇到的难题是NO2有毒，5个班的演示实验完成后身体中毒，且2/3的二氧化氮转化为硝酸，理论可行，实际很难实现，不适合在课堂上做演示实验，更不适合做学生实验。根据课程标准“关注人类面临的与化学相关的社会问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力”的要求，加强环境教育，提高学生的环保意识，帮助学生正确认识环境和环境问题。笔者对实验作了如下改进：

一、实验目的

制取NO2，验证NO2溶于水有NO产生，会推导NO2溶于水的反应原理，用NaOH溶液完全吸收NO2。

二、实验装置与药品

输液流量调节器，注射器，铜丝与浓硫酸，尖状插杆，输液瓶，水，橡皮气唧(如图1、图2所示)。

图1

图2

三、实验操作、现象与结论

1.安装仪器，检查气密性

将输液管剪短，利用连接管连接好仪器，左端点滴注射器的尖状插杆内设有二通道，一通道连接反应装置，另一通道连接带有输液流量调节器和点滴筒的输液管，右端尖状插杆插入橡皮气唧。通过橡皮气唧往装置中鼓气，注射器滑竿明显后移，说明气密性良好。

2.NO2的制取和溶于水实验探究

如图1所示，课前制好氧气储存于橡皮气唧储气囊中，利用尖状插杆连接输液管，关闭输液流量调节器，输液瓶中注入半瓶水，待用。细铜丝弯成螺旋状，固定在注射器滑竿橡皮塞处，通过注射器针头吸入浓硝酸，迅速与输液管连接，输液流量调节器调至最大流量。观察到注射器中铜丝逐渐溶解，溶液变为蓝绿色，注射器、输液管、输液瓶中充满红棕色气体，关闭左端的输液流量调节器，将注射器竖立，液体流入输液管中，固液分离反应停止。晃动输液瓶，瓶和点滴筒中气体颜色消失，说明NO2为红棕色气体，易溶于水，溶于水发生了反应。打开右端的输液流量调节器，挤压橡皮气唧，将储气囊中的氧气挤入输液瓶，立即看到气体变为红棕色，再晃动输液瓶，瓶和点滴筒中气体颜色又消失，重复几次直到气体颜色不再变化为止，说明NO2溶于水反应生成了NO，NO为无色气体，难溶于水，NO2→NO中N的化合价降低，必然有化合价升高，结合元素守恒和氧化还原反应分析，得出3NO2+H2O=2HNO3+NO，只要不断补充氧气或空气，使生成的一氧化氮再氧化为二氧化氮，二氧化氮溶于水又生成硝酸和一氧化氮。经过这样多次的氧化和吸收，二氧化氮可以比较完全地被水吸收，能够尽可能多地转化为硝酸。

3.NO2的尾气吸收实验探究

如图2所示，在上述实验基础上，关闭右端输液流量调节器，将左端的尖状插杆插入事先注入半瓶NaOH溶液的输液瓶中，打开左端输液流量调节器，抽动注射器滑竿、挤压点滴筒和输液管使液体回到注射器中，观察到注射器中铜丝又开始溶解，溶液蓝绿色加深，注射器、输液管、输液瓶中充满红棕色气体，关闭左端的输液流量调节器，将注射器竖立，反应停止。晃动输液瓶，瓶和点滴筒中气体颜色消失，说明NO2易溶于NaOH溶液，发生了反应。打开右端的输液流量调节器，挤压橡皮气唧，将储气囊中的氧气挤入输液瓶，气体颜色不变，说明NO2溶于NaOH溶液，发生了反应没有生成NO，NO2被NaOH溶液完全吸收。NO2有毒，可以用NaOH溶液完全吸收，避免排放到大气中造成环境污染。

四、实验特点

1.装置简单，密封性强

采用注射器、输液管、输液流量调节器、点滴筒、输液瓶、橡皮气唧连接，巧妙运用了密封性好的特点。点滴注射器的尖状插杆内设有二通道，一为药液流通用，另一通道则为导通气体所用，配合装设在尖状插杆的气孔塞环使瓶内外压力平衡，药液得以顺利流畅地注入点滴筒内，而免用两支针头且无漏水之忧。本实验改进为一通道连接反应装置，另一通道连接带有输液流量调节器和点滴筒的输液管，起到了双导管作用。

2.操作简便，综合性强

注射器做反应制备装置，输液瓶做性质分析及产物检验装置，输液瓶中液体由水换作NaOH溶液，可达到多项目的。

3.绿色环保，安全性好

节约药品，气体不泄露，对环境不造成污染，有利于培养学生的环保意识，同时也有利于师生健康。

[1] 宋心琦.人教版普通高中课程标准实验教科书化学必修[M].北京：人民教育出版社，2010

[2] 乔国才.人教版普通高中课程标准实验教科书化学必修1教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2010

稿件编号：P1105051

何爱玲，本科，中教一级。

山东省淄博市沂源第二中学。