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证据推理为本的“铜与浓硝酸反应实验”的新设计

所属分类:教育论文 阅读145次 时间:2020-11-25 09:33

本文摘要:摘要:用乳胶管和密封塑料盐水袋组成的实验装置,操作简单易行,可以反复重现NO与NO2之间的相互转化,实验现象明显,步骤可控。基于证据推理,有助于对铜和浓硝酸的反应、氮氧化物转化的宏观现象进行微观探析。 关键词:乳胶管;铜;浓硝酸;一氧化氮;二氧化氮

  摘要:用乳胶管和密封塑料盐水袋组成的实验装置,操作简单易行,可以反复重现NO与NO2之间的相互转化,实验现象明显,步骤可控。基于证据推理,有助于对铜和浓硝酸的反应、氮氧化物转化的宏观现象进行微观探析。

  关键词:乳胶管;铜;浓硝酸;一氧化氮;二氧化氮

有机化学

  一、实验设计的缘起

  铜组合 408 与浓硝酸反应的实验,能让学生深入了解HNO3及氮氧化物,原苏教版高中化学1教材中[1],设计了如图1的经典实验,基于该实验,新教材高中化学必修第二册中将铜片改成了铜丝,以控制反应的进程,但该实验的效果较单一。在制得氮氧化物的同时,能全面认识到氮氧化物的性质,实现多个性质实验一体化,是值得思考的问题。

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  笔者认为,要更全面地认识氮元素,应从“价类二维”的角度,引导学生从反应的宏观现象走近微观本质。笔者也曾用小安瓶进行NO2与水的歧化反应的探究实验,用注射器向收集满NO2的小安瓶中先后注入适量蒸馏水、紫色石蕊试液,通过实验索证,探究NO2的性质。但当用注射器再继续注入空气,NO由于浓度太低,无法实现向NO2 的转化。

  二、实验设计方案

  1、主要仪器及药品

  250mL塑料盐水袋,乳胶管一段(约5cm),玻璃珠1颗,10mL注射器,洗瓶,洗耳球;

  63%浓硝酸,铜丝1根(约10cm),酚酞,蒸馏水,NaOH溶液。

  2、实验装置及准备

  装置由带有玻璃珠的乳胶管和塑料盐水袋组成。乳胶管与玻璃珠接触处,是一个可以控制的开关阀门。将10cm的铜丝小心地插入左端塑料封口,并隔着袋子将铜丝弯成连续的S状。

  挤捏乳胶管中玻璃珠,用洗瓶沿乳胶管注入适量水,倒放装置如图1,对装置进行检漏。挤捏乳胶管中玻璃珠,将袋子压扁,尽量排尽袋内空气。

  3、主要实验步骤及现象

  (5fbccab43b034_html_53a6efc9d56f23e8.jpg 1)铜与浓硝酸反应

  用10mL注射器向塑料袋内注入4mL 63%的浓硝酸。溶液中铜丝附近产生大量气泡,袋内溶液迅速呈现绿色。液面上方随着红棕色气体的不断生成,密封袋迅速鼓起,且袋体温度明显升高;

  反直线 509 应原理:Cu + 4HNO3(浓)= Cu(NO3)2 + 2NO2 +2 H2O

  (2)NO2的性质

  待步骤1中塑料袋大部分膨胀后,将塑料袋倒置,铜丝与浓硝酸固液分离,反应立即停止。边挤捏乳胶管中玻璃珠,边用洗瓶沿着乳胶管向袋内注入少量蒸馏水,并轻轻震荡,红棕色变浅直至消失,透明袋部分变瘪,袋内溶液由绿色变成蓝色。

  反应的原理是:3NO2 + H2O= 2 HNO3 +NO 图3 铜与浓硝酸反应

  (3)铜与稀硝酸反应

  将塑料袋再倒过来,铜丝与稀硝酸固液接触,铜丝附近产生大量气泡,塑料袋慢慢变鼓,袋内气体呈无色。

  反直线 510 应的原理是:3Cu + 8HNO3(稀)= 3Cu(NO3)2 + 2NO +4 H2O

  (4)NO的性质

  再将塑料袋倒置,挤捏玻璃珠,用洗耳球沿乳胶管向袋内鼓入空气。气体瞬间由无色变为红棕色 ,轻轻摇晃塑料袋,红棕色又消失。可反复多次。

  反应的原理是:2NO+ O2 = 2 NO2

  (5)废液、废气处理

  废液:挤捏玻璃珠,将废液放入盛有约60mL 10%的NaOH溶液与酚酞的烧杯中,过程中烧杯内溶液一直呈红色。 废气:用洗耳球鼓入空气,并用注射器注入NaOH与酚酞的混合液,轻轻震荡,等待一段时间,至袋内液体呈红色不褪色,气体被充分吸收。

  反应的原理是: 2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O

  三、实验设计的创新点

  1、实现了将氮氧化物的发生装置、性质检验装置、尾气吸收一体化。多个实验在一个密封体系中先后进行,操作方便,试剂使用量少,绿色环保。

  2、实验的进程可控,可观赏性强。实验过程可以暂停在任何一步,学生能清晰看到袋内的溶液、气体的显著变化,从而进行宏微辨析,实现证据推理。

  3、衍生其他实验资源。

  (1)铜与浓硝酸反应呈绿色的原因探究

  铜与浓硝酸接触后的溶液呈绿色。将塑料袋倒置(反应停止)后,置于100摄氏度的热水浴中,可观察到蓝色溶液中继续溢出大量气泡,并观察到溶液颜色变化不明显。因此沿着乳胶管放出少量蓝色液体于试管中,用酒精灯加热,溶液迅速变蓝,试管里产生红棕色气体。因而得出结论:溶液呈绿色不是硝酸铜的作用,而是由于红棕色的NO

  2溶于硝酸呈现的黄色,与蓝色的硝酸铜溶液混合后呈现出绿色。

  (2)浓度对速率的影响因素的探究

  铜与浓硝酸、稀硝酸反应的对比实验,根据冒气泡的剧烈程度,单位时间内塑料袋的鼓起的程度等讨论化学反应速率的影响因素。

  参 考 文 献:

  王祖浩.普通高中课程标准实验教科书化学1[M].南京:江苏教育出版社,2018

  作者:杨桂霞

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