尤傳裕
摘 要:蘇教版《化學(xué)1 必修》專題四第2單元《生產(chǎn)生活中的含氮化合物》中制取NO的實驗,由于污染環(huán)境或有毒的原因,課堂演示實驗成了不可觸及的“雷區(qū)”,因此大多數(shù)教師只能通過講實驗方式或者是以視頻的形式播放來傳授給學(xué)生知識。但這些方式或形式都會給學(xué)生一種距離感,而利用套管實驗就可以解決這一困擾 本論文正是利用改進(jìn)后的實驗裝置將化學(xué)實驗教學(xué)中實驗操作繁瑣,污染性強,演示性難的NO制取實驗進(jìn)行改進(jìn),取得了滿意的效果。
關(guān)鍵詞:銅 硝酸 裝置改進(jìn) 環(huán)保 卷頭銅絲 自制噴頭 安全 簡捷
引言
銅和濃硝酸的反應(yīng)實驗是我市現(xiàn)行高中化學(xué)教材蘇教版《化學(xué)1必修》專題四第2單元中講述硝酸氧化性時的一個[觀察與思考]實驗,同時也是教學(xué)大綱要求學(xué)生必須掌握的實驗之一,教材上對此實驗是在試管中進(jìn)行的,尾氣沒有處理(圖1)。
圖1 教材截圖
該套裝置進(jìn)行了兩組實驗。其中的第二組,銅和稀硝酸反應(yīng)生成NO,但是需要加入銅片或者硝酸,這樣就可能打開試管上的軟木塞,引起漏氣,或者加入稀硝酸導(dǎo)致藥品使用量較大。為了有效地減小對環(huán)境的污染和進(jìn)一步提高本實驗的可操作性、可演示性。筆者設(shè)計了新的套管實驗裝置,對該實驗進(jìn)行了改進(jìn),現(xiàn)報道如下。
一、改進(jìn)實驗的目的
1.盡可能采用簡單的實驗裝置,用較少的實驗步驟和實驗藥品,在較短時間內(nèi)取得較明顯的實驗結(jié)果,以突出重點,避免因裝置和操作過于復(fù)雜或反應(yīng)緩慢而分散學(xué)生的注意力。
2.設(shè)計實驗方案必須考慮實驗過程安全,避免使用有毒物質(zhì)和進(jìn)行有危險性的實驗操作,盡量設(shè)計成綠色化實驗,防止引起人身傷害和造成環(huán)境污染
3.通過對該實驗的改進(jìn),使同學(xué)能夠更清晰地觀察NO的一些相關(guān)現(xiàn)象,從而更有效地掌握NO的有關(guān)性質(zhì)。
二、實驗原理
3Cu + 8HNO3 = 3Cu ( NO3)2 + 2NO +4H2O
2NO+O2 =2NO2
3NO2 +H2O=2HNO3 +2NO
三、實驗用品
儀器: 鐵架臺 具支試管 水槽 針筒注射器 倒扣漏斗 自制噴頭
藥品: NaOH溶液、銅、硝酸、卷頭銅絲。
四、實驗步驟及現(xiàn)象
1.檢查裝置氣密性
(1)將裝置如圖2所示裝好,用針筒注入空氣,在燒杯中倒扣漏斗處出現(xiàn)氣泡。
(2)回抽針筒,放開,發(fā)現(xiàn)針筒反彈,驗證自制噴頭的氣密性。
2.銅與稀硝酸反應(yīng)實驗
(1)將銅絲伸入實驗5.2留下的具支試管中,觀察實驗現(xiàn)象。(有無色氣體生成。)
(2)實驗現(xiàn)象明顯后,拔出銅絲。
(3)針筒中裝入空氣,按壓進(jìn)入具支試管中,觀察實驗現(xiàn)象。(有紅棕色氣體生成。)
五、實驗結(jié)論
銅與稀硝酸反應(yīng)生成NO;
六、實驗注意事項
1.裝置氣密性要好。確保氣體不泄漏。
2.氫氧化鈉濃度要大約15%,以確保有毒氣體充分被吸收。
3.卷頭銅絲處應(yīng)涂上凡士林,增強潤滑性和氣密性。
七、實驗創(chuàng)新點
1.能將第一次反應(yīng)剩余的濃HNO3與實驗過程中加入的水混合稀釋成稀硝酸,供銅與其進(jìn)行第二次反應(yīng),很好的節(jié)省了藥品,并提高了藥品的利用率。
2.將銅片換成卷頭銅絲,使實驗操作更加靈活。簡化實驗操作,防止因添加藥品引起的氣體泄漏。
3.針筒與噴頭相結(jié)合,將水變?yōu)榻F態(tài),與氣體反應(yīng),加快了反應(yīng)速度,極大的節(jié)省了時間。
4.一個裝置進(jìn)行兩個對照實驗,減少了器材的使用,使實驗簡明易懂。
八、補充說明
1.實驗嚴(yán)謹(jǐn)性探討
該實驗?zāi)康闹皇菫榱俗C明銅與稀硝酸反應(yīng)生成的是無色的一氧化氮。由于在除去NO2時會生成NO,會影響實驗嚴(yán)謹(jǐn)性。為將其影響減小到忽略范圍,便將其轉(zhuǎn)化為HNO3。
4 NO2 + O2 + 2H2O == 4HNO3
4 NO + 3O2 + 2H2O == 4HNO3
在實驗5.4中,銅和稀HNO3反應(yīng)生成NO,瓶中NO的含量增加,此時再注入空氣,會生成大量NO2,顏色變深,便可證明銅與稀硝酸反應(yīng)生成的是NO。與實驗5.2銅與濃硝酸反應(yīng)生成NO2對比,便可看出不同溶度的HNO3氧化性的差異。
2.自制噴頭
實驗過程中,發(fā)現(xiàn)水與NO2反應(yīng)時間過長、效果不佳,于是想到將水化為近霧態(tài),以增加接觸面、加快反應(yīng)速度。在一次偶然的機會中,發(fā)現(xiàn)醫(yī)用的輸液管上有一塑料套,將其與常見的筆芯護(hù)套鑲嵌在一起,也是很好的噴頭制作材料。經(jīng)簡易加工組合,一個噴霧效果很好的噴頭就制作而成了。制作過程詳見附件一。
3.環(huán)保節(jié)能理念
該實驗體現(xiàn)了一個理念:環(huán)保節(jié)能。對藥品的充分利用,對尾氣的處理,以及噴頭的制作,都體現(xiàn)了這一點。除此之外,該實驗還注重一個效率問題,充分考慮課堂因素,盡量節(jié)約時間,簡化實驗器材。實驗過程中產(chǎn)生的有毒氣體可被氫氧化鈉吸收,保證實驗安全。