NO2溶于水定量實驗的研究*

李大塘 王 建

（1湖南科技大學化學化工學院 湖南 湘潭 411201；2湘潭市第二中學 湖南 湘潭 411100）

一、實驗問題的提出

從二氧化氮與水反應(yīng)的方程式3NO2（g）＋H2O=2HNO3＋ NO（g）可清楚看出，3 體積的 NO2（g）與水反應(yīng)后會產(chǎn)生1體積難溶于水的NO（g）。據(jù)此，筆者在參加多年的不同級別的教研活動和指導多年的中學化學教育教學實習中，現(xiàn)場調(diào)查受過4年大學化學教育的中學教師和受過多年化學教育的大學教師，他們一致認為，把裝滿二氧化氮的試管倒立于水中，待試管內(nèi)液面基本穩(wěn)定后，量取管內(nèi)液體上升的體積為試管容積的三分之二，并見文獻報道［1－8］。 然而實驗事實表明，上述實驗待試管內(nèi)液面基本穩(wěn)定后，管內(nèi)液體上升的體積遠大于三分之二試管容積，久置液體則充滿整個試管，原因何在？值得深究。

二、實驗方法

1.實驗裝置

圖1 二氧化氮溶于水裝置圖

2.實驗方法與現(xiàn)象

（1）二氧化氮的制取

按文獻［9］制取一滿試管二氧化氮。

（2）二氧化氮溶水現(xiàn)象

按文獻［9］制取一滿試管二氧化氮后，連同大試管一起提出小試管，將其悶入裝有足量水的大水池中（見圖1中①），取出大試管，觀察小試管內(nèi)液面上升情況（如圖1中②），短時間（約5min）觀察小試管內(nèi)液面上升情況如圖1中②A，反復實驗表明，待管內(nèi)液面上升基本穩(wěn)定后，量取管內(nèi)上升的液體體積遠大于試管容積的 2／3，在 3／4～9／10 間。長時間（約 15h）觀察結(jié)果如B，多次實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，液體充滿了整個試管。

三、結(jié)果分析與討論

二氧化氮溶于水實驗現(xiàn)象其原理大致可能如下：

（1）二氧化氮溶于水，使小試管內(nèi)形成負壓：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO

（2）小試管內(nèi)所產(chǎn)生的一氧化氮與溶在水中的氧氣反應(yīng)生成二氧化氮：2NO＋O2=2NO2

（3）小試管內(nèi)生成的二氧化氮又與水反應(yīng)：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO

一氧化氮溶于水的總反應(yīng)：4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3

（4）用濃硝酸制備的二氧化氮氣體中混有硝酸蒸氣。

（5）一氧化氮溶于稀硝酸比在水中大［10－13］：小試管①、③步產(chǎn)生硝酸，另外制取氣體時混有的硝酸蒸氣溶于水，總濃度約為 0.041mol／L。

（6）盡管一氧化氮在水中難溶解，但還是有一定量的溶解［14］。

基于上述可能原因，滿試管的二氧化氮溶于水，短時間管內(nèi)液面上升基本平穩(wěn)后，進入管內(nèi)的液體體積就大于2／3試管容積了。

（7）溶于水池水中的氧不斷通過小試管底部小孔擴散于小試管，不斷補充了小試管內(nèi)的氧源，以循環(huán)②、③步。久之，水就充滿了整個試管。

四、結(jié)論

實驗室所制取的純凈二氧化氮溶于水的實驗，可能由于制取二氧化氮時濃硝酸飽和蒸氣的存在、水溶氧對一氧化氮的氧化、一氧化氮本身在水中的溶解及稀硝酸的生成，都導致在較短時間內(nèi)進入裝二氧化氮試管內(nèi)的水遠大于2／3試管容積。若時間足夠的長，由于溶于水池中水的氧氣可能不斷通過試管底部小孔擴散于管內(nèi)，不斷地補充了試管內(nèi)的氧源，導致整個試管都被水完全充滿了。

五、意義

（1）為實驗室提供了一種純二氧化氮氣體溶于水的定量實驗方法。其實驗結(jié)果不僅為糾正教育者主觀臆斷的不良習慣提供有力證據(jù)，也為激勵教學科研人員必須尊重科學事實，親身深入一線教學研究，培養(yǎng)自身良好個性提供了范例。

（2）通過對二氧化氮氣體溶于水定量實驗的研究，不僅可使教師的教學工作與自身的科研活動有機地結(jié)合起來，而且激發(fā)了學生的學習熱情和求知欲望，同時對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和促進學生的靈活運用能力、創(chuàng)造性思維能力的提高都起到了積極作用。

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