注射器在氮的氧化物转化实验中的应用

刘放

通过对现行普通高中课程标准实验教科书中的《化学1》（人教版）进行分析，教材只是提出硝酸能够与铜发生反应，给出了反应方程式，并未涉及利用浓稀硝酸制备一氧化氮与二氧化氮的实验，另外，一氧化氮与二氧化氮之间相互转化的反应没有也呈现实验装置，只是在科学探究栏目提出如何尽可能提高二氧化氮被水吸收转化率的问题。利用这一空缺，广大教师可以开动脑筋，根据课堂教学知识设置实验方案，调动学生的学习积极性和学习兴趣，培养学生的探究问题的能力。

关于利用铜与浓稀硝酸制备氮的氧化物以及氮的氧化物之间相互转化的实验，一直是中学演示实验中比较难做的实验之一。其问题有：

1.污染大，尾气处理不方便

实验产生的一氧化氮与二氧化氮均为大气污染物，即使在实验室通风橱中进行，一旦大量产生，势必对实验者造成一定毒害，如果是全班同学同时进行分组实验，危险性更大。

2.难控制，反应现象不明显。

一氧化氮与二氧化氮之间的转化反应相当迅速，尤其是一氧化氮，只要一接触空气就会变成红棕色气体，如果实验装置中混有少量的空气，将导致不易观察到无色的一氧化氮气体。

3.不精确，很难实现现象量化

根据化学方程式计算可知三体积的二氧化氮与水反应后转化成一体积的一氧化氮，以及二氧化氮与氧气按照体积比四比一通入水中可完全转化为硝酸。上述的理论如何在实验中得到验证，这也是一直以来比较难实现的问题。

然而，有一种常见但不常规的仪器，可以解决上述各大问题，那就是注射器。在化学实验的常规仪器中并没有注射器，但是由于注射器具有密闭性、可控性、可测性等独特的优势，在近年来，不少教师将其应用与化学课堂演示实验以及学生分组实验中。笔者与课题组的其他成员，在互联网和化学报刊杂志上查阅了关于氮的氧化物转化的各种实验设计，一致认为大多数的改进都比较复杂，不太适合做课堂教学的演示实验和学生的分组探究实验。经过大家的反复实践，多次研讨，结合广大化学教育工作者的教学研究成果，以及本课题组成员自己的教学实践，提出了以下两组实验设计。

实验一：一氧化氮与二氧化氮相互转化的粗略观察

实验材料：带针头的注射器、烧杯

实验药品：浓硝酸、铜片、浓氢氧化钠溶液、蒸馏水

实验步骤：（1）在注射器中放入一小块铜片，将注射器活塞推倒底部以排尽空气；

（2）将注射器针头插入稀硝酸中，吸入少量浓硝酸；

（3）反应开始后，引导学生观察实验现象，可以清楚地看到注射器中有红棕色气体产生；

（4）将注射器针头插入蒸馏水水中，吸入适量蒸馏水，轻轻振荡，引导学生观察现象，可以看到注射器内气体红棕色消失；

（5）将注射器活塞往外拉，吸入適量空气，引导学生观察，应该可以看到注射器内无色气体重新变为红棕色；

（6）现象观察完毕，将注射器中的溶液与气体缓缓排入盛有浓氢氧化钠溶液的烧杯中。

实验后反思：

1.优点：实验操作简单方便，实验现象明显；药品用量少，仪器拆装方便，符合微型化学实验要求；生成的氮的氧化物污染物容易处理。

2.不足：虽然能够方便地帮助学生清楚地观察到一氧化氮与二氧化氮之间的相互转化现象，但是无法准确地测量出两者之间转化的定量关系。

实验二：使二氧化氮完全溶于水的定量实验

实验材料：带针头的注射器、带橡胶塞的试管

实验药品：二氧化氮、氧气、蒸馏水

实验步骤：

（1）用排空气法法收集满一试管二氧化氮气体；用排水法收集满一试管氧气；

（2）用一注射器甲吸入适量水，将注射器的针孔插入装满二氧化氮气体的大试管的橡胶塞，随着水的流入，引导学生观察到试管中的红棕色气体逐渐变成无色，试管中有无色液体生成，可以根据该实验现象探究出二氧化氮与水反应的现象以及气体体积的变化；

（3）用另一注射器乙将试管中的氧气吸入，并且控制氧气的体积为二氧化氮的体积的四分之一；

（4）将大试管倒置，同时用注射器乙将氧气注入，引导学生观察到大试管上方无色气体重新变为红棕色。不停振荡试管，可以观察到红棕色气体逐渐变为无色，同时试管中几乎充满无色液体；

（5）抽取少量大试管中反应后的液体，可以进行硝酸性质的相关实验。

实验后反思：

1、优点：现象明显，并且可以获得比较精确的数据关系。同时还可以通过实验结果引发学生的进一步思考与讨论。将收集到的氧气与二氧化氮按一比四体积比通入水中，可以看见生成的无色溶液是“几乎”充满而不是“完全”充满大试管。似乎留有“遗憾”，但正是这种“遗憾”可以引导学生思考，为什么会出现这样的情况？通过分析讨论，其原因有二：一、排空气法收集气体会有少量的气体杂质；二、为了使氮的氧化物尽可能转化成硝酸，通入的氧气过量。

2、不足：与实验一相比，该实验的准备工作比较繁琐，在操作上的要求也比较高。

通过上述两组实验的比较分析，笔者认为在课堂教学中可以将两组实验有机结合充分利用，实验一可以安排为学生的分组实验，通过这样的简单安全又不失趣味性的小实验，将学生的学习热情调动起来。在合适的时间提出科学探究问题“如何尽可能地使二氧化氮被水充分吸收”，再由教师将实验二作为演示实验展示给学生，让学生积极参与思维活动，实现三维教学目标，体现课改的基本要求。