化学反应中无氧条件的创设

陈燕

【摘要】如何在无氧环境中发生反应，是一个非常苛刻的实验条件。总结出了四种方式。吸气排空气、吸液排空气、注液排空气、通气排空气。后三种方法都能很好得到无氧条件，但存在不同问题。

【关键词】无氧环境；实验条件；改进方案

【中图分类号】G633.8 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）16-0264-01

按照课本演示实验，在实验室制备一氧化氮，虽装置简单，操作简便；但有诸多不足：反应不可控。污染性气体二氧化氮不能被充分吸收，对空气有一定污染。管内有空气，产生的一氧化氮立即变为红棕色，不能清晰观察到无色的一氧化氮。观察不到一氧化氮，是因为空气的原因，如何在无氧环境中发生反应，是一个非常苛刻的实验条件，我总结了以下四种方法。

方法一：我将其称为吸气排空气，用注射器将封闭了的试管内空气完全吸出形成真空，但是，从物理知识告诉我们：用注射器是不能在管内形成真空的，此方法排除。方法二：我将其称为吸液排空气，将反应容器（越细越好）的下口浸入硝酸溶液中，用洗耳球从上口吸气，使硝酸上升至活塞处，关闭活塞，排除空气。方法三：注液排空气，将反应容器设计为U形管，从左侧注入稀硝酸至右侧活塞处（左侧比右侧高），关闭活塞，排除管内空气。方法四：通气排空气，将生成二氧化碳气体的装置与产生NO的反应装置利用Y形管连通在一起，用碳酸钙和稀盐酸反应产生的二氧化碳排除装置内空气。

后三种方案都能很好得到无氧条件，但存在不同问题，方法二中，活塞下方会产生一定量的一氧化氮，打开活塞时，反应液会很快流下，气体外流，而在下方再加一活塞，通过两个活塞配合，控制反应进行，控制气体排放。方法三中存在的问题与方案二相似，打开活塞时，管内溶液将气体很快推出管外，导致气体外漏。改装方法与方法二基本相同，在管的另一端加一止水夹，可以控制液体，以控制气体的存与排，同时用不等高U形管可节约硝酸。方法四，借用Y形管将产生二氧化碳的试管与产生一氧化氮的试管合二为一，增强了密闭性，又简化了装置，以下是具体的实验方案：

实验目的：通过遇空气变红棕色验证铜与稀硝酸的反应产物为NO。

化学用品：铜丝、稀硝酸、碳酸钙固体、氢氧化钠溶液、澄清石灰水、酒精灯、脱脂棉。

1.方法二中在管内放入螺旋状铜丝，将管的下口放在靠近小烧杯内的底部，在烧杯内装入约80毫升稀硝酸，打开上下活塞，用洗耳球从上口吸气使硝酸上升至活塞处，关闭活塞，反应至距上活塞下方有一段气柱时，将占有氧化钠溶液的脱脂棉塞在上管口，打开上活塞关闭下活塞。

2.方法三中在装置左侧将带有铜丝的活塞塞住管口，打开活塞，在右侧加入稀硝酸至左侧塞子处，关闭塞子，反应至距左侧塞子下方有一段气柱时，将占有氧化钠溶液的脱脂棉塞在管口，关闭右侧活塞，打开左侧塞子。

3.方法四中在装置左侧加入一定量的碳酸钙固体，在右侧加入铜丝和稀硝酸，盖上塞子将管略向左侧倾斜，使部分硝酸進入左侧后回正试管，当澄清石灰水变浑浊时，微微加热右侧管，当石灰水不再变浑浊时，将导气管插入试管中，并在管口塞上浸有氧化钠溶液的脱脂棉。

实验现象：

1.方法二中铜丝上有气泡，溶液变蓝，当打开上活塞关闭下活塞时，在管内看到气体有无色变为红棕色。

2.方法三中铜丝上有气泡，溶液变蓝，当打开左侧塞子时，在管内看到气体有无色变为红棕色。

3.方法四中铜丝上有气泡，溶液变蓝，在塞有脱脂棉的小试管内看到气体有无色变为红棕色。

实验总结：以上三个实验方法的改进，都得到了排除空气的反应环境，较明显的观察到了无色变红色的变化过程。方法二的操作最简便，现象明显，不足的是：不能加热，反应时间较长。方法三改成了U形弯管，可以通过加热缩短了观察时间，不足是，止水夹与塞子的控制要熟练。方法四的装置最简单，操作也方便，节约试剂，也可加热，现象明显，废气的收集得当。

特别指出的是：

1.方法三、四都用了加热的操作，在反应前必须对稀硝酸进行加热处理，排除酸中溶解的氧气，否则酸中溶解的氧气也会将生成的一氧化氮变成红棕色二氧化氮。

2.气压差的存在是该实验成败很关键的一个因素，甚至影响实验的安全进行。而通过活塞、止水夹的配合很好解决了这一问题，使得反应顺利进行。

改进：

1.用通气排气法得到无氧环境需要较长时间；很多仪器连接处都为胶塞和橡胶管，且与硝酸直接接触，容易被硝酸氧化。

2.新技术在化学实验中的应用。

结语

1.在思考查阅资料、讨论、合作的基础上，共得到了三种改进装置，对学生的合作意识、探究能力、动手操作、分析问题、解决问题、发散思维都有很大程度提高，激发了学生探究未知领域的兴趣。同时在知识上，增强了学生对铜与稀硝酸反应生成一氧化氮的认识。

2.培养环保意识，渗透绿色化学思想。培养了实验操作、实验设计与评价的专业素养。

3.结合专业发展的需要来组织课堂，体现了“做中学、学中做”。改进后的试验成果激发了学生的求知欲，和创新热情。

参考文献

[1]普通高中课程标准试验教科书.化学必修1[M].山东科学技术出版社，2007.

[2]普通高中课程标准试验教科书.化学必修1教师用书[M].山东科学技术出版社，2007.