硝酸性质实验的一体化设计-《化学教学》(2017年7期).docx

龙源版权所有 硝酸性质实验的一体化设计作者：马东 张贤金来源：《化学教学》2017年第07期 摘要：设计了铜与浓、稀硝酸一体化实验的改进装置。此装置还可用于二氧化氮溶于水的性质实验、一氧化氮的检验、硝酸的检验、尾气零排放等多个实验。巧妙借助三通玻璃管，该实验装置可以实现浓硝酸到稀硝酸的转化，以及模拟制备硝酸的工业流程，且符合环保理念。 关键词：硝酸性质实验；三通玻璃管；硝酸制备工业流程；一体化设计；实验改进 文章编号：1005–6629（2017）7–0060–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B 1 问题的提出 铜和浓硝酸、稀硝酸反应的实验是高中化学非常重要的性质实验，其在苏教版教材[1]中使用的装置如图1所示，实验中先从分液漏斗中注入1mL浓硝酸，实现铜与浓硝酸反应，再注入5mL水，稀释浓硝酸，完成铜与稀硝酸反应，继而达到性质检验的实验目的。该装置存在一些不足：（1）随着气体的不断生成，具支试管内压强增大，导致分液漏斗中的水无法顺利滴下；（2）无法验证铜与稀硝酸反应生成的无色气体是NO；（3）无尾气吸收装置，反应产生的一氧化氮最终保留在集气瓶及具支试管中。随着装置的拆卸一氧化氮释放到室内，污染了环境，所以导致很多教师常以“看视频”的形式代替做实验。 部分教师针对铜和浓硝酸反应或铜和稀硝酸反应实验进行了改进和创新，如谭云生老师[2]在铜与浓硝酸反应的改进中，将铜片改为可抽动的铜丝，可以控制反应的发生与停止，使用胶头滴管挤入水，水倒流到圆底烧瓶中，可以产生喷泉，增强了实验的趣味性，实现了一套装置的多种用途（见图2）。该装置存在的不足是：虽然在密闭条件下进行，但实验过程产生的NO并未得到处理，随着装置的拆卸，势必释放到空气中，污染环境。 蒋重凯老师[3]在铜和稀硝酸反应的改进中，选择氢氧化钠溶液吸收尾气，但鉴于一氧化氮不能与氢氧化钠溶液直接反应，所以要在反应过程中打开左侧止水夹，使用洗耳球鼓入空气，使装置中的NO转化为NO2（见图3），解决了NO尾气吸收的问题，但该装置也有一定的缺陷即不能观察到一氧化氮的无色状态。 经过文献查阅与比较，笔者发现教师解决难点的方式大同小异：如观察一氧化氮的无色，大多教师采取的是先制取二氧化碳，利用其排出空气后观察一氧化氮的无色，并配合使用洗耳球鼓入空气，观察气体颜色的变化，从而证明生成的无色气体为一氧化氮。尾气吸收环节则采取气囊收集或者鼓入空气后用碱液吸收。鼓入空气环节往往使用洗耳球，借助洗耳球鼓入空气需要鼓入一次再重新吸入空气后再鼓入，操作有些不便。此外有些装置功能单一，药品用量大，尾气处理也并不恰当。 也有不少教师将铜和浓、稀硝酸反应的实验融合在一起，进行了铜和浓、稀硝酸的一体化实验，如改进装置图4[4]、图5[5]、图6[6]，实现了全封闭的环境，也能观察到NO的颜色，但往往有NO残留，无法实现NO的零排放，且装置较为复杂，操作不方便，耗时长。郑长龙教授曾经指出，演示实验所采用的仪器和实验装置应力求简易、快速按时完成，这样做是为了把学生的注意力吸引到实验装置的主要部位上来，以减少因仪器过多装置复杂而分散学生的注意力[7]。 2 本实验装置的改进 2.1 设计灵感的来源 苏教版教材在介绍硝酸性质的同时，提供了工业制硝酸的流程图（见图7[8]），该过程本质上是采用水和氧气共同吸收氮氧化物制备硝酸。因此，铜与浓、稀硝酸产生的尾气除了可以常用碱液吸收，也可以在实践中选择氧气与水吸收以获得硝酸，實现“变废为宝”，同时为工业制硝酸提供实验支撑。笔者集合教材和文献中的装置的优点和不足，经反复的修改和尝试，进行了实验的创新设计。 2.2 装置的改进和创新 2.2.1 制作方法 取双孔大橡胶塞、单孔小橡胶···试读结束