氮的氧化物性质实验改进

2019-07-10 01:29:15 活力2019年6期

唐光明 罗琳

[摘要]氮的氧化物是中学化学非金属元素及其化合物的重要组成部分,氮的氧化物性质实验是学生学习氮的氧化物性质的重要途径。由于传统的实验方法存在污染环境、学生操作复杂等问题,本实验改进采用医用输液袋和注射器来完成氮的氧化物性质实验。改进后的实验操作简单、现象明显、无污染、学生可操作性强。输液袋来源广泛、密封性好且成本低,完全可以推广使用。

[关键词]氮的氧化物;性质实验;实验改进

一、使用教材

人民教育出版社高中化学必修一第四章第三节《硫和氮的氧化物》第二课时。

二、实验改进背景

传统实验方法存在以下不足。

(一)NO与O2反应的实验中有毒气体进入空气中造成环境污染(见图1)。

(二)NO2与水反应后的生成物难以得到妥善处理(见图2)。

(三)NO2与O2通入水中的实验操作复杂,不便于学生动手实验(见图3)。

三、实验改进要点

用250mL和100mL输液袋代替集气瓶和试管,并结合注射器完成以下三个实验:探究NO的性质、探究NO2的性质和探究如何使NO2尽可能多地被水吸收。

四、实验教学设计

(一)课前准备

制取并收集NO气体一袋(100mL)和NO2气体两袋(均为100mL),O2气体一袋(250mL)。(制取和收集裝置见图4)。

(二)说明:

1.先用注射器将输液袋中少量液体和空气吸出。

2.收集NO气体时先在输液袋中注入少量水,收集满后再用注射器将水吸出。主要是防止NO气体中混有NO2气体。

3.实验药品和仪器(见图5)。药品:NO、NO2、O2、H2O、紫色石蕊试液。仪器和用品:烧杯、注射器三支(60mL、30mL和10mL)、输液袋两种(100mL、250mL)。

(三)实验教学环节

1.探究NO的性质

活动一:观察NO气体的颜色和状态,然后向NO气体中注入少量水,观察溶解情况。实验现象:输液袋体积没有明显变化。实验结论:NO是无色、难溶于水的气体。

活动二:向NO气体中注入O2并观察实验现象。实验现象:无色气体变为红棕色(见图6),可以摸到输液袋温度升高。实验结论:2NO+O2==2NO2该反应放热。

2.探究NO2的性质

活动三:观察NO2气体的颜色和状态,并总结NO2部分物理性质。实验结论:NO2是红棕色的有毒气体。活动四。

(1)向装NO2气体(体积为100mL)的输液袋中注入少量水,观察现象。

(2)用60mL注射器测量无色气体的体积,测量后并将无色气体注入袋内。

(3)向生成的无色气体中注入O2,观察现象。

(4)用10mL注射器取少量紫色石蕊试液注入输液袋中,观察现象。

实验现象

(1)红棕色气体变为无色,气体体积减小,所得溶液无色(见图7)。

(2)无色气体的体积约为NO2体积的三分之一。

(3)无色气体变为红棕色(见图8)。

(4)无色溶液变为红色(见图9)。

实验结论:NO2与水的反应:3NO2+H2O==2HNO3+NO

3.探究如何使NO2尽可能多地被水吸收

活动五:设计实验要求使输液袋中的NO2(体积为100mL)尽可能多地被水吸收。

实验操作步骤:

步骤一:向装有NO2的输液袋中注入少量水,并振荡输液袋。

步骤二:取一定体积的O2注入输液袋中,边注入O2边振荡输液袋。

步骤三:当气体颜色没有变化时,停止注入氧气。

实验现象:步骤一中注入水后红棕色气体变为无色,气体体积减小。步骤二中注入氧气后无色气体又变为红棕色,振荡输液袋后气体体积进一步减小。步骤三中当注入氧气至气体颜色不再改变时为NO2气体最大限度地被水吸收。

实验结论:注入适量的氧气可以使NO2气体尽可能多地被水吸收,理论上消耗氧气的体积为NO2体积的四分之一。

注:实验中没有特殊说明注射器规格时均选用30mL。在探究“如何使NO2尽可能多地被水吸收”实验中,可以用注射器读取消耗氧气的体积,由于受到温度和纯度的影响,实验测量值与理论值有差距,可以根据学生实际情况选择性完成实验教学。

五、实验效果评价

(一)实验改进优点

1.实验操作简单、现象明显、学生可操作性强。学生动手实验并近距离观察实验现象,感受化学之美。

2.输液袋密封性好无污染物逸出,学生的环保意识得到提高。

3.实验结束后剩余的有害物质在输液袋中,便于统一回收集中处理,不易造成环境污染。

(二)基于化学学科核心素养的实验教学能达到的预期目标如下

1.宏观辨识与微观探析:通过观察氮的氧化物性质实验现象,从微观分析物质反应的过程和原理来了解NO及NO2的物理及化学性质。

2.科学探究与创新意识:通过探究“NO的性质”和“NO2的性质”,来培养学生的科学探究能力和实验创新意识。

3.科学态度与社会责任:通过实验设计“如何使NO2尽可能多地被水吸收”,让学生树立环保意识和绿色化学思想。

参考文献:

中华人民共和国教育部普通高中化学课程标准(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2018.