二氧化氮与水的循环吸收反应实验设计，本文主要内容关键词为：二氧化论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
二氧化氮与水反应制取硝酸是高中必修化学中的一个重要内容，它既是自然界中经常发生的重要反应，又是工业上制硝酸的理论基础。该实验可作为教师在课堂上演示实验，也可作为学生分组实验。现行新教材人教版必修①第79页要求学生设计一个二氧化氮与水反应的装置图，要求尽可能多地使二氧化氮被水吸收。本人经过多次试验，成功设计出一种实验方案。将铜跟浓硝酸的反应实验、二氧化氮和一氧化氮相互转化的实验及二氧化氮与水反应的实验巧妙地组合，密闭融合在一起，使二氧化氮最大限度地转化成硝酸。经过多次演示，实验效果很好。
一、实验用品
注射器，硬制玻璃管，具支试管，橡胶塞，乳胶管，广口瓶，玻璃管，气球，铜丝，浓硝酸，过氧化氢，二氧化锰，蒸馏水。
二、实验原理
铜丝与浓硝酸反应生成二氧化氮气体后，溶于水生成硝酸和一氧化氮；注入氧气，一氧化氮转化成二氧化氮再次被水吸收，生成硝酸和一氧化氮。通过少量多次注入氧气，循环反复使一氧化氮转化为二氧化氮后被水吸收，最后使二氧化氮尽可能多地被水吸收。
三、实验装置及操作
1.氧气的制取（如图1）
在一支具支试管中加入少量的二氧化锰，用一支20 mL的注射器吸入10 mL过氧化氢溶液，缓慢注入试管中，待试管中的空气排出后，再用另一支20 mL的针筒收集10 mL的氧气备用。
2.二氧化氮的制取及溶于水（如图2）
图2
将广口瓶装满已煮沸过的蒸馏水，在已标有刻度的硬质玻璃管（约40 mL）中装入3 mL浓硝酸。在玻璃导管上缠绕约20 cm长的铜丝，塞上橡胶塞，将硬质玻璃管倒置，铜丝与浓硝酸接触，反应迅速进行，硬质玻璃管中立即产生大量红棕色的气体，空气被排出，气球逐渐胀大，广口瓶中的水沿着玻璃导管缓慢上升。当玻璃导管中的水进入硬质玻璃管时，红棕色气体立即消失，广口瓶中水迅速进入硬质玻璃管，液面约为硬质玻璃管的六分之五（33 mL刻度处），气球又逐渐变瘪。用针筒向硬质玻璃管中注入少量氧气，无色气体变为红棕色，硬质玻璃管中液面继续上升。这样反复3～4次注入氧气，可多次观察到气体由无色→红棕色→无色及液面上升的现象，最终液面基本充满整个硬质玻璃管。
四、实验现象与分析
1.实验现象
①铜丝与浓硝酸剧烈反应，生成大量的红棕色气体，把硬质玻璃管中的空气排到气球中，气球变大。
②待铜丝与浓硝酸停止反应后，硬质玻璃管中充满红棕色的二氧化氮气体，导管中的水面缓慢上升至最顶端的导管口后，大量的水涌入硬质玻璃管中，红棕色消失，此时液面高度为硬质玻璃管的5/6。
③注入氧气后，气体由无色变为红棕色，水面上升后，气体由红棕色变为无色。反复通入氧气，可多次观察到气体由五色→红棕色→无色及水面上升的现象，最终水面几乎充满整个硬质玻璃管。
2.实验分析
①二氧化氮被水吸收后产生的一氧化氮可以通过反复注入氧气的方法，使其转化为二氧化氮后再次被水吸收，最终达到尽可能多地使二氧化氮被水吸收的目的。
②铜丝与浓硝酸反应生成的二氧化氮将硬质玻璃管中的空气排入气球的过程中，由于空气不能完全地排干净，其中的氧气将初步生成的NO氧化成
。故硬质玻璃管中初次的液面上升高度不是总体积的2/3，而几乎达到5/6。
③硬质玻璃管中的溶液不能完全充满整个体积，空隙部分的气体可能为
（与可相互转化）和空气的混合物。
五、注意事项
①由于浓硝酸腐蚀橡胶塞，因此必须在橡胶塞外面包一层塑料薄膜。
②生成的二氧化氮的浓度要大，才能将硬质玻璃管中的空气尽量排放到气球中。
③整个装置尽量不要漏气，二氧化氮要反复被水吸收，一氧化氮要多次被氧化。
④由于硝酸和二氧化氮对乳胶管有腐蚀作用，实验完毕后应立即将乳胶管洗净并浸泡于水中一段时间，使乳胶管可反复使用多次。
六、实验的优点
①全封闭装置，气体不易扩散到空气中，不易造成污染。
②实验装置简单，操作简便，气体颜色、溶液颜色变化明显。实验成功率高，容易观察，容易调动学生的探究兴趣和培养学生的创新精神。
③可证实：二氧化氮易与水反应，同时放出一氧化氮；一氧化氮不溶于水，一氧化氮易被氧化生成易溶于水的二氧化氮。
④通过反复多次地注入氧气，二氧化氮能最大限度地转化成硝酸，同时可说明工业生产硝酸设置多个转化吸收塔的实际意义。
七、实验启示
化学是一门以实验为基础的学科，化学实验的作用是其他任何教学手段所无法取代的。化学实验具有直观、丰富、有趣的现象，能激发学生的好奇心和求知欲，让学生体验到惊喜和兴奋的感觉，从而增强学习化学的兴趣。本人所设计的“二氧化氮与水的循环吸收反应”实验既是一个定性实验，使学生在实验情境中建构一氧化氮、二氧化氮的化学性质；又有对“量”的研究和控制，能培养学生严谨、求实的科学态度和质疑、创新的科学精神，还能够培养他们变量控制、测量、数据的收集和处理、误差分析等重要的科学方法。
除了二氧化氮与水的循环吸收反应可以设计成连续进行的化学实验，另外实验室制取氯气及氯气性质实验、二氧化硫的制取及性质实验、二氧化碳的制取及二氧化碳与过氧化钠反应的实验等，都可以设计成连续进行的环保、简易的化学实验，以避免有害气体对空气的污染。因此，加强化学实验教学，积极探索、改进、创新组合设计化学实验，以充分发挥化学实验的教育教学功能是我们每一位化学教师的责任。