气体扩散实验的一体化设计

江苏省徐州市第八中学(221000) 王绍凯

江苏省徐州市西苑中学(221000) 李德前

在中学物理、化学、科学等实验课上以及课外科技活动中，常借助红棕色二氧化氮气体的扩散来探究或验证分子的热运动(有关装置见图1、图2)。该实验呈现的现象比较明显，操作也比较简便，但药品的用量较大、没有体现尾气处理等，这也是该实验的不足之处。笔者在实验教学中，参考有关文献对该实验进行了优化与创新，取得了显著的教学成效。

1 实验原理

无色无味的一氧化氮气体接触到氧气立即变为红棕色的二氧化氮气体，通过观察红棕色气体的出现及其扩散，可以充分证明一氧化氮分子、氧分子、二氧化氮分子等都在无规则运动之中。

2 实验用品

100 mL锥形瓶，60 mL集气瓶(实际容积约80 mL)，配套的橡皮塞，配套的磨砂玻璃片,铜丝，稀硝酸，氧气(或空气)，饱和的氢氧化钠溶液等。

3 实验装置

新设计的气体扩散实验装置见图3。

4 实验步骤

4.1 制取一氧化氮气体

(1)取1个100 mL的锥形瓶，在瓶中装满稀硝酸；将带有直角导管和粗铜丝的双孔橡皮塞塞到锥形瓶的瓶口上，此时会有少量的酸液被压入直角导管里(从而排除导管里的空气)。

(2)取1个60 mL集气瓶，在瓶中装满刚冷却的凉开水；将带有2根直角导管的双孔橡皮塞塞到集气瓶的瓶口上，此时会有少量的水被压入直角导管里(从而排除导管里的空气)。

(3)借助导气管、乳胶管、橡皮塞等，将气体发生装置与收集装置连接起来，并确保装置气密性良好。

(5)当集气瓶中的水被全部排出时，说明瓶中已充满一氧化氮气体，此时立即将粗铜丝提起来，拉回到橡皮塞内(反应即刻停止)；然后拔掉集气瓶口上的橡皮塞，同时快速将玻璃片的毛面盖在集气瓶口上。

4.2 进行气体扩散实验

(1)再取1个60 mL集气瓶(充满空气)，在瓶中倒入5～7 mL饱和的氢氧化钠溶液。

(4)实验结束，整理实验用品。

5 实验说明

(1)在组装制取一氧化氮气体的实验装置时，锥形瓶、集气瓶里一定要充满液体，这样在瓶口塞入橡皮塞时，就能将橡皮塞所占空间里的那部分液体压入直角玻璃管里，确保制气装置处于无氧状态，因此制得纯净的一氧化氮气体。

(2)在处理实验尾气时，一氧化氮气体是不能被氢氧化钠溶液吸收的，而二氧化氮气体能被氢氧化钠溶液吸收，因此要确保一氧化氮气体完全转化为二氧化氮气体，这种情况下氧气就必须足量。在振荡氢氧化钠溶液吸收尾气时，2个集气瓶口对口组成的实验体系内压强会减小，振荡几次后，2个瓶口之间可以稍微错开(出现缝隙即可)，使更多的空气进入集气瓶内，从而确保氧气足量。

(3)吸收二氧化氮气体后的实验废液(含有硝酸钠和亚硝酸钠)，不要随意倾倒，可以作为氮肥回收利用。

6 实验优点

(1)本实验中的气体发生装置能随时控制反应的发生和停止，方便多个班级学生的连续实验。另外，用封闭式排水装置收集一氧化氮气体，有利于学生观察一氧化氮是无色气体，同时复习了化学实验室收集气体的方法。

(2)本实验使用一氧化氮和空气而不直接采用二氧化氮气体，可以节约硝酸试剂(制取相同体积的一氧化氮和二氧化氮，前者的硝酸用量是后者的一半)；实验过程中有色气体、无色气体向四周自发扩散，不仅排除了重力场的干扰，也使实验现象多变、实验结论可靠，有利于学生深刻认识气体扩散现象，并培养学生的理性思维、综合能力、创新精神和科学素养。

(3)本实验涉及的是实验室常用的实验用品，有利于实验教学的顺利开展；实验现象直观有趣、与众不同，能激发学生好奇心；实验过程体现了绿色环保理念，有利于培养学生的社会责任感；实验废液的回收利用，体现了资源再生理念，培养了学生的可持续发展思想。