硝酸性质的微型一体化实验探究

摘 要：将铜与浓稀硝酸反应，一氧化碳和二氧化碳的相互轉化与相关性质实验装置进行整合，实现微型一体化设计，使装置更加简洁，操作更加简便，同时还体现了环保思想，提高了课堂演示效率。

关键词：铜；硝酸；一氧化氮；二氧化氮；一体化实验

一、 问题提出

硝酸的性质实验是高中化学学习氮的化合物中的重要知识点。在不同版本的教材也进行不同的处理，但是两个装置同时都存在同样的问题：（1）不能很好地控制反应进行与停止，苏教版中实验随着反应进行气体不断生成，气压增大，导致分液漏斗中的水无法顺利滴下。（2）无法证明铜与稀硝酸反应得到的是NO。（3）尾气处理装置做得不到位。反应产生的一氧化氮无色无味，难溶于水，二氧化氮是有毒气体，一旦在尾气吸收不完全那么在拆卸装置的过程中导致气体泄漏，引起环境污染，危害师生的身心健康。介于此类问题使得硝酸的性质实验在实际教学过程中难以顺利开展，教师大多数采用视频实验来代替演示实验。那么如何改进硝酸的性质实验，提高课堂效率，同时学生又能真切地感受到硝酸的相关性质，无论对于当前的课堂教学，还是我们一直所提倡的“绿色环保”的生活态度都是有待被解决的问题。

二、 硝酸的性质实验的改进

（一） 设计目的

本实验设计应用常规仪器以及生活中常见的医用工具废弃物将铜与浓硝酸和稀硝酸的反应，一氧化氮二氧化氮性质实验进行一体化设计，使得整个装置，反应可便捷控制，现象明显，尾气吸收处理，对空气无污染，大大提高该实验在实际教学中的利用率。同时微型化设计更节约成本，又有益于环保。

（二） 实验原理

本实验验证浓硝酸、稀硝酸都具有的强氧化性，选择与不活泼的金属Cu反应。反应原理：Cu+4HNO3（浓）Cu（NO3）2+NO2↑+2H2O，3Cu+8HNO33Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O。

产物检验则根据一氧化氮和二氧化氮的有关性质。二氧化氮是黄绿色气体可通过观察进行辨别，而一氧化氮是无色无味气体，却能在空气在转化为二氧化氮，因此可通过鼓入空气观察其转化过程。最后滴加紫色石蕊溶液，验证二氧化碳溶于水得到硝酸。部分反应原理如下：

2NO+O22NO2

3NO2+H2O2HNO3+NO

4NO+3O2+2H2O4HNO3

（三） 实验仪器及试剂

实验仪器：干燥管，注射器，输液袋及连接导管，三通管，加压球。

实验试剂：铜片，浓硝酸，蒸馏水，紫色石蕊溶液。

（四） 实验装置

图1 硝酸性质一体化实验

（五） 实验步骤及现象分析

1. 打开旋塞1，将注射器内的浓硝酸缓慢地加入放有铜片的干燥管内，可以看到迅速产生红棕色气体，溶液开始显蓝色，观察右侧输液袋的现象：有大量红棕色气体产生，体积膨胀，稍加振荡，红棕色则消失。反应原理3NO2+H2O2HNO3+NO。

2. 向外拉动下方的注射器然后回位，干燥管内的气压减小，将输液袋倒放（打点滴原理），输液袋中的水在压差以及重力的作用下通过三通管倒吸回干燥管，使浓硝酸被稀释，溶液变为蓝色，同时产生无色气体。右侧的输液袋由于气体的进入，体积再次膨胀。

3. 轻轻挤压加压球，使空气进入输液袋，观察到气体颜色由无色变为红棕色，稍加振荡，红棕色消失，体积减小。反应原理：2NO+O22NO2；4NO+3O2+2H2O4HNO3。

4. 向输液袋中注入紫色石蕊溶液。溶液由无色变为红色，则证明最后的溶液应为硝酸溶液。

5. 实验结束，打开旋塞1，关闭旋塞2，挤压加压球，并向右拉动注射器活塞使空气进入干燥管，使溶液在压力和重力作用下，倒吸回注射管中，实验停止。

6. 尾气吸收：关闭旋塞1，打开旋塞2，将少量输液袋蒸馏水倒吸回干燥管内，然后挤压加压球注入空气，不断振荡，直至气体变为无色。

7. 尾气吸收完全检验：右侧的注射器抽少量的气体后拔出并抽入空气，注射器内气体颜色无变化，则证明尾气已被完全吸收。

三、 实验创新点

1. 微型节约，材料易得。主要器材是干燥管，输液袋和注射器，这材料都是常见仪器或者生活的废物利用，体积小，药品用量少，整个装置处在密闭状态，拆卸装置前也通过注入空气处理装置内残余的污染气体，真正做到零排放，体现“低碳，绿色，环保”的科学理念。

2. 装置集合了铜与浓硝酸、稀硝酸的反应，一氧化氮与二氧化氮相互转化实验，二氧化氮溶于水的性质实验，硝酸检验，尾气吸收完全与否的检验实验于一体，使操作更简便化，大大提高课堂的效率。

3. 该实验使用透明的输液袋，实验现象明显易于观察。以解决在课堂的演示时后排学生有看不见的问题。

四、 结语

实验的改进与创新是在教材的基础上，利用新型的反应装置使实验更加简约化，环保化和集约化，创新化。从实验出发最终回归教材，为教学所用。体现中学化学实验的教育功能，使学生不仅仅学会相关学科课本知识，还能理解实验背后所蕴含的育人内涵，让学生在学习过程中体会实验的乐趣，激发化学学习的热情，还能够潜移默化地渗透环保、创新等理念，从而实现提高化学教学质量与全面落实培养科学素养的目标。

参考文献：

[1]王祖浩.普通高中课程标准化学1（必修）[M].南京：江苏教育出版社，2011.

[2]王磊.普通高中课程标准化学1（必修）[M].济南：山东科学技术出版社，2011.

作者简介：

张玲玲，福建省福州市，福建师范大学化学与材料学院。