李大塘 王 建

（1湖南科技大学化学化工学院 湖南 湘潭 411201；2湘潭市第二中学 湖南 湘潭 411100）

一、实验问题的提出

从二氧化氮与水反应的方程式3NO2（g）＋H2O=2HNO3＋ NO（g）可清楚看出，3 体积的 NO2（g）与水反应后会产生1体积难溶于水的NO（g）。据此，笔者在参加多年的不同级别的教研活动和指导多年的中学化学教育教学实习中，现场调查受过4年大学化学教育的中学教师和受过多年化学教育的大学教师，他们一致认为，把装满二氧化氮的试管倒立于水中，待试管内液面基本稳定后，量取管内液体上升的体积为试管容积的三分之二，并见文献报道［1－8］。 然而实验事实表明，上述实验待试管内液面基本稳定后，管内液体上升的体积远大于三分之二试管容积，久置液体则充满整个试管，原因何在？值得深究。

二、实验方法

1.实验装置

图1 二氧化氮溶于水装置图

2.实验方法与现象

（1）二氧化氮的制取

按文献［9］制取一满试管二氧化氮。

（2）二氧化氮溶水现象

按文献［9］制取一满试管二氧化氮后，连同大试管一起提出小试管，将其闷入装有足量水的大水池中（见图1中①），取出大试管，观察小试管内液面上升情况（如图1中②），短时间（约5min）观察小试管内液面上升情况如图1中②A，反复实验表明，待管内液面上升基本稳定后，量取管内上升的液体体积远大于试管容积的 2／3，在 3／4～9／10 间。长时间（约 15h）观察结果如B，多次实验现象发现，液体充满了整个试管。

三、结果分析与讨论

二氧化氮溶于水实验现象其原理大致可能如下：

（1）二氧化氮溶于水，使小试管内形成负压：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO

（2）小试管内所产生的一氧化氮与溶在水中的氧气反应生成二氧化氮：2NO＋O2=2NO2

（3）小试管内生成的二氧化氮又与水反应：3NO2＋H2O=2HNO3＋NO

一氧化氮溶于水的总反应：4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3

（4）用浓硝酸制备的二氧化氮气体中混有硝酸蒸气。

（5）一氧化氮溶于稀硝酸比在水中大［10－13］：小试管①、③步产生硝酸，另外制取气体时混有的硝酸蒸气溶于水，总浓度约为 0.041mol／L。

（6）尽管一氧化氮在水中难溶解，但还是有一定量的溶解［14］。

基于上述可能原因，满试管的二氧化氮溶于水，短时间管内液面上升基本平稳后，进入管内的液体体积就大于2／3试管容积了。

（7）溶于水池水中的氧不断通过小试管底部小孔扩散于小试管，不断补充了小试管内的氧源，以循环②、③步。久之，水就充满了整个试管。

四、结论

实验室所制取的纯净二氧化氮溶于水的实验，可能由于制取二氧化氮时浓硝酸饱和蒸气的存在、水溶氧对一氧化氮的氧化、一氧化氮本身在水中的溶解及稀硝酸的生成，都导致在较短时间内进入装二氧化氮试管内的水远大于2／3试管容积。若时间足够的长，由于溶于水池中水的氧气可能不断通过试管底部小孔扩散于管内，不断地补充了试管内的氧源，导致整个试管都被水完全充满了。

五、意义

（1）为实验室提供了一种纯二氧化氮气体溶于水的定量实验方法。其实验结果不仅为纠正教育者主观臆断的不良习惯提供有力证据，也为激励教学科研人员必须尊重科学事实，亲身深入一线教学研究，培养自身良好个性提供了范例。

（2）通过对二氧化氮气体溶于水定量实验的研究，不仅可使教师的教学工作与自身的科研活动有机地结合起来，而且激发了学生的学习热情和求知欲望，同时对培养学生的创新精神和促进学生的灵活运用能力、创造性思维能力的提高都起到了积极作用。

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