NO的制备和性质实验的改进与创新*
2022-06-08
1 问题的提出
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
铜与稀硝酸反应是高中化学的重要演示实验之一。普通高中课程标准实验教科书化学必修1（鲁科版），关于铜与稀硝酸反应的演示实验存在以下不足：
（1）教材中用一支试管进行铜与稀硝酸反应实验，由于试管内的空气没能事先排尽，生成的NO会被氧气氧化成红棕色的NO2，学生难以观察到无色的NO气体的生成。
（2）教材中对NO2溶于水缺乏相关的实验，学生没有直观的认识，难以形成深刻的记忆。此外，蘸有NaOH的棉花也无法完全吸收产生的NO、NO2气体，拆除反应的装置时不仅有大量气体外漏，不利于环保，而且不能对反应的进行加以有效的调控。
不少教师设计出了许多改进方法或装置，效果不错，但还存在一些不足，如装置复杂、操作不便、药品用量大、不利于全班学生观察等[1～6]。为了解决这些实验问题，经过师生共同研究，设计了一套实验装置。
2 实验装置的改进
2.1 实验用品
2～3支10 mL注射器、输液管、止水阀2个、烧杯2个。稀硝酸（4 mol/L）、铜片、蒸馏水、氢氧化钠溶液（6 mol/L）。
2.2 实验装置及制作要点
实验装置见图1，截掉注射器B活塞上一段塑料柄，留下胶塞，翻转胶塞，在胶塞上打孔，插入带止水阀的输液管导管，将该胶塞插在注射器B的筒口处。上面连接注射器A，完成简易实验装置。
2.3 实验步骤和现象2.3.1 NO气体的制备如图1组装好仪器，检查装置的气密性后，将铜片放入注射器B中，往烧杯中加入适量预热的稀硝酸。打开止水阀a、b，向外移动注射器A的活塞，慢慢抽取注射器B内的空气，稀硝酸沿着注射器B慢慢上升，直到充满整个注射器B，停止抽气，关闭止水阀a。铜与稀硝酸反应产生无色气体，溶液变成蓝色，由于注射器B内气体产生，压强增大，注射器B中的溶液不断注入盛有水的第2只小烧杯中，最后溶液全部排出，关闭止水阀b，反应停止。学生可以观察到注射器B内的无色气体。
用注射器A吸取5 mL蒸馏水，打开止水阀a，注入到注射器B中。关闭止水阀a，振荡注射器B（可以把注射器A取下，就留下注射器B），发现红棕色气体消失，变为无色。
可以重复步骤（2）和（3），现象依然明显。
2.3.4 NaOH溶液吸收有毒气体
另取一支10 mL注射器，吸取适量的氢氧化钠溶液，打开止水阀a，注入到注射器B中，吸收多余气体。
2.3.5 实验成功的关键
在用注射器A抽气的过程中，速度要缓慢，否则可能会将空气吸入注射器B或把溶液吸入注射器A中。用注射器注入NaOH溶液的速度也要缓慢，以保证NO，NO2被NaOH溶液充分吸收。
2.4 实验的优点
（1）该装置尤其适合制备NO，由于注射器B内的空气已被排尽，可以观察到铜与稀硝酸反应生成的是无色气体，并储备无色气体，当鼓入空气时无色气体变为红棕色。验证生成的NO遇O2（或空气）后发生反应生成红棕色气体。
（2）反应自始至终均处于密闭体系中进行，对有毒气体进行全封闭处理，省事、环保又安全。对实验进行及气体的生成量可以进行有效控制，并且可以重复演示。
（3）本装置涉及多个原理与现象，这对提高学生观察实验现象的兴趣，增强环保意识，培养创新能力和探究能力具有深远的现实意义。
2.5 实验拓展
（1）此装置可以用于粒状或块状固体与液体反应制备少量气体（常温），如制备H2、CO2等。
（2）此装置也可以用于粉末状态固体与液体反应（常温）制备少量气体，如制备Cl2（KMnO4+HCl）、O2（MnO2+H2O2）、C2H2（CaC2+H2O）、SO2（Na2SO3+H2SO4）。只要用纱布包住少量粉末状态固体，放至注射器内。
（3）选用小号注射器，试剂耗量极少，故还可用于学生探究实验，此装置可以作为学生分组实验装置。
参考文献：
[1]王玉芬.在注射器中进行铜和硝酸反应实验[J].化学教学，2013，（7）：41～42.
[2]谭文生.铜和浓、稀稍酸反应的绿色化设计[J].化学教学，2012，（11）：45～46.
[3]李明亮，朱方仕.铜与稀硝酸反应的实验改进[J].化学教学，2009，（4）：10～11.
[4]袁鸿志.铜与稀硝酸反应的研究性实验设计探索[J].化学教学，2006，（8）：10～12.
[5]陈苹苹等.铜与稀硝酸反应实验装置的设计[J].实验教学与仪器，2012，（7～8）：64～65.
[6]雷利彬.再谈铜与硝酸反应实验的改进和问题探讨[J].中小学教学研究，2009，（5）：41～42.
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
铜与稀硝酸反应是高中化学的重要演示实验之一。普通高中课程标准实验教科书化学必修1（鲁科版），关于铜与稀硝酸反应的演示实验存在以下不足：
（1）教材中用一支试管进行铜与稀硝酸反应实验，由于试管内的空气没能事先排尽，生成的NO会被氧气氧化成红棕色的NO2，学生难以观察到无色的NO气体的生成。
（2）教材中对NO2溶于水缺乏相关的实验，学生没有直观的认识，难以形成深刻的记忆。此外，蘸有NaOH的棉花也无法完全吸收产生的NO、NO2气体，拆除反应的装置时不仅有大量气体外漏，不利于环保，而且不能对反应的进行加以有效的调控。
不少教师设计出了许多改进方法或装置，效果不错，但还存在一些不足，如装置复杂、操作不便、药品用量大、不利于全班学生观察等[1～6]。为了解决这些实验问题，经过师生共同研究，设计了一套实验装置。
2 实验装置的改进
2.1 实验用品
2～3支10 mL注射器、输液管、止水阀2个、烧杯2个。稀硝酸（4 mol/L）、铜片、蒸馏水、氢氧化钠溶液（6 mol/L）。
2.2 实验装置及制作要点
实验装置见图1，截掉注射器B活塞上一段塑料柄，留下胶塞，翻转胶塞，在胶塞上打孔，插入带止水阀的输液管导管，将该胶塞插在注射器B的筒口处。上面连接注射器A，完成简易实验装置。
2.3 实验步骤和现象2.3.1 NO气体的制备如图1组装好仪器，检查装置的气密性后，将铜片放入注射器B中，往烧杯中加入适量预热的稀硝酸。打开止水阀a、b，向外移动注射器A的活塞，慢慢抽取注射器B内的空气，稀硝酸沿着注射器B慢慢上升，直到充满整个注射器B，停止抽气，关闭止水阀a。铜与稀硝酸反应产生无色气体，溶液变成蓝色，由于注射器B内气体产生，压强增大，注射器B中的溶液不断注入盛有水的第2只小烧杯中，最后溶液全部排出，关闭止水阀b，反应停止。学生可以观察到注射器B内的无色气体。
用注射器A吸取5 mL蒸馏水，打开止水阀a，注入到注射器B中。关闭止水阀a，振荡注射器B（可以把注射器A取下，就留下注射器B），发现红棕色气体消失，变为无色。
可以重复步骤（2）和（3），现象依然明显。
2.3.4 NaOH溶液吸收有毒气体
另取一支10 mL注射器，吸取适量的氢氧化钠溶液，打开止水阀a，注入到注射器B中，吸收多余气体。
2.3.5 实验成功的关键
在用注射器A抽气的过程中，速度要缓慢，否则可能会将空气吸入注射器B或把溶液吸入注射器A中。用注射器注入NaOH溶液的速度也要缓慢，以保证NO，NO2被NaOH溶液充分吸收。
2.4 实验的优点
（1）该装置尤其适合制备NO，由于注射器B内的空气已被排尽，可以观察到铜与稀硝酸反应生成的是无色气体，并储备无色气体，当鼓入空气时无色气体变为红棕色。验证生成的NO遇O2（或空气）后发生反应生成红棕色气体。
（2）反应自始至终均处于密闭体系中进行，对有毒气体进行全封闭处理，省事、环保又安全。对实验进行及气体的生成量可以进行有效控制，并且可以重复演示。
（3）本装置涉及多个原理与现象，这对提高学生观察实验现象的兴趣，增强环保意识，培养创新能力和探究能力具有深远的现实意义。
2.5 实验拓展
（1）此装置可以用于粒状或块状固体与液体反应制备少量气体（常温），如制备H2、CO2等。
（2）此装置也可以用于粉末状态固体与液体反应（常温）制备少量气体，如制备Cl2（KMnO4+HCl）、O2（MnO2+H2O2）、C2H2（CaC2+H2O）、SO2（Na2SO3+H2SO4）。只要用纱布包住少量粉末状态固体，放至注射器内。
（3）选用小号注射器，试剂耗量极少，故还可用于学生探究实验，此装置可以作为学生分组实验装置。
参考文献：
[1]王玉芬.在注射器中进行铜和硝酸反应实验[J].化学教学，2013，（7）：41～42.
[2]谭文生.铜和浓、稀稍酸反应的绿色化设计[J].化学教学，2012，（11）：45～46.
[3]李明亮，朱方仕.铜与稀硝酸反应的实验改进[J].化学教学，2009，（4）：10～11.
[4]袁鸿志.铜与稀硝酸反应的研究性实验设计探索[J].化学教学，2006，（8）：10～12.
[5]陈苹苹等.铜与稀硝酸反应实验装置的设计[J].实验教学与仪器，2012，（7～8）：64～65.
[6]雷利彬.再谈铜与硝酸反应实验的改进和问题探讨[J].中小学教学研究，2009，（5）：41～42.