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摘 要:利用注射器进行无氧条件下制取NO,用H2O与NO2在密闭容器中反应产生负压形成第一次喷泉,在同一种容器中利用H2O与NO2产生的NO与FeSO4发生络合反应产生二次负压,由此就可进行二次喷泉。再应用FeSO4与NO的络合反应对反应所产生的尾气的吸收进行创新。
关键词:创新实验 NO 二次喷泉 尾气吸收
【中图分类号】 G644.4【文献标识码】 A 【文章编号】1671-8437(2010)02-0015-01
1引言
人教版与苏教版的教材在喷泉实验的设计上还有改进的地方,而很多人对这个实验的创新也仅停留在仪器的改进,但是在药品等其它方面的改进并未涉及。另外,对药品的选用上没有达到一物多用的原则,因此就没有达到真正的创新。要达到真正的创新,不仅可以改进装置,还可以换用药品以及寻求各种药品的多种用法等。但最重要的是要使學生的思想达到真正的解放就必须突破仅仅从装置的改进及药品的换用这个层面上,同时也需知晓一物多用的法则。基于此,笔者在NO的制备装置上进行了大胆创新,也在其后的喷泉实验上突破传统的瓶颈,一改常规只进行一次喷泉的俗套而设计了二次喷泉,对学生进行三次或多次喷泉以及更好的设计方案开启了启蒙之门。在尾气吸收方面,笔者也不因循守旧,进行大胆创新,根据简约原则,选用了喷泉所用液FeSO4,打破了尾气吸收只能用碱液的潜规则,给学生留下了广阔的思考空间。
2实验
2.1 实验原理
Cu与稀HNO3反应生成NO,而NO在与空气的接触下生成NO2,NO2与水反应生成NO。在密闭的条件下,NO2与水反应生成NO会使反应器皿内形成负压,就可进行第一次喷泉。在第一次喷泉的喷入液上我们选择了FeSO4,因为FeSO4会与NO反映生成Fe(NO)SO4络合物【1】,此反应比较迅速。因此,反应器皿形成第二次负压,便可进行二次喷泉实验。具体反应方程式如下:
3Cu+8HNO3==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
2NO+O2==2NO2
3NO2+H2O==NO+2HNO3
FeSO4+NO==Fe(NO)SO4
2.2 实验仪器药品及装置
2.2.1 仪器
20mL注射器一只,200mL圆底烧瓶一个,玻璃滴管一支,玻璃导管四支,双孔橡胶塞两个,橡胶导管三截,夹子三个,锥形瓶一个,烧杯三个,洗耳球一个,普
通试管一只。
2.2.2 药品
Cu片,浓HNO3,FeSO4,蒸
馏水 。
2.2.3 装置(如右图)
2.3 实验步骤
2.3.1 NO的制备
在20mL的注射器【2】中事先放入一块Cu片,抽取蒸馏水5 mL,排除注射器内的空气,留取蒸馏水的体积为刻度在4mL左右,然后吸取浓HNO3至刻度为1 mL左右【3】。等产生的气体把导管中的浓HNO3压出后,迅速关闭夹1。
2.3.2 二次喷泉【4】实验制作
1.打开夹2夹3。在上述夹1被关闭后,立即把注射器与集气瓶通过橡胶导管相连,打开夹1,让产生的气体进入集气瓶中。等发现接入水的玻璃导管中的液面开始上升,应立即关闭夹1、2、3。断开注射器与集气瓶的连接,可以看见注射器的活塞不断向后移动,想结束气体的制备只需把针尖朝下,打开夹1即可。
2.通过有夹2的橡胶导管用洗耳球向集气瓶中挤入2~3 mLH2O,然后迅速关闭夹2。把上有夹2的橡胶导管装入有FeSO4溶液的烧杯中。5min后,打开夹2,观察现象。等不再向集气瓶中喷入液体时立即关闭夹2。
3.5min后打开夹2,观察现象。
3结果与讨论
3.1 装置的选择
3.1.1 注射器的妙用
之所以选用注射器是因为注射器吸取液体方便,而且能根据注射器上的刻度进行大致控制吸取液的体积比。不仅如此,在制备NO方面也有很大的好处:由于NO很容易被氧气所氧化,不容易让教师及学生很明显的观察,而使用注射器就很方便的解决了这个问题,因为一开始的时候就用水把注射器中的水完全排除了。另外,注射器能起到缓解与小型仓库的作用:当关闭夹1的时候,注射器的活塞会向后移动,而这就给了教师连接注射器与集气瓶的时间。当教师连接好以后,如果嫌注射器中的气体太多,可以用手把气体挤入集气瓶中。当集气瓶中不再需要NO时,注射器还可以继续收集反应气体,以供其他性质实验所需。如果想让实验结束,直接把针尖朝下,打开夹1就可以使注射器中的液体被压出,反应终止。
3.2 药品的选择
3.2.1 挤入液的选择
前人在选择收集好气体的下一步的挤入液有很多。例如氨水,氢氧化钠,双氧水,亚硝酸钠,水等。但是笔者选择水,这不仅考虑了经济成本,还体现了绿色化学的原则。
3.2.2 喷入液的选择
教材上并未对喷泉实验进行深究,实际上,要培养学生的创新能力不仅要广还要深。教材上并未涉及发生喷泉试验后的余气的处理。笔者利用FeSO4能与剩余气NO发生络合反应使装置发生二次喷泉,不仅给学生提供了一个发生喷泉实验后的余气再处理的方案,还让学生在玩中学,在学中玩,还给学生更广阔的思维空间。比如:能否在不换装置的条件下发生三次或多次喷泉反应;以及在发生喷泉反应时,能否换用其他药品而使喷泉的颜色五彩斑斓等等。
3.2.3 尾气吸收液的选择
众所周知,铜与稀硝酸反应的尾气中主要是NO与NO2,那么在如何选择药品进行尾气吸收方面却非常少,一般情况下就选用NaOH、澄清石灰水等碱性液体。但这样做往往把学生的思维局限在一个很小的空间,这样对学生的培养上是很不利的。因此,笔者决定打破常规,对尾气吸收的药品进行大胆创新,选用喷泉选用液FeSO4溶液进行尾气吸收。先用溶液中的水与NO2反应除去NO2,然后再依据FeSO4与NO之间的络合作用,阻止了尾气直接排向大气。笔者把导管插入装有FeSO4的试管的底部,这样就延长了NO与FeSO4反应的时间。在这里笔者照样可以把尾气吸收的装置稍微改变一下:把试管口塞上少量的蘸有FeSO4溶液的棉花,即使有少量尾气逸出也会被FeSO4吸收。同样还会有很多改进方案供读者去思考。
3.3 实验现象的讨论
3.3.1 NO的制备的现象讨论
在第一步制备NO的时候,笔者发现当关闭夹1时,有大量的无色气泡产生,注射器的活塞不断的向后移动,液体的颜色变为蓝色,随着反应的不断继续,蓝色逐渐加深。这说明Cu与稀HNO3反应产生的气体为NO,反应液变蓝说明生成了蓝色的Cu(NO3)2,蓝色不断加深是体系中Cu(NO3)2的浓度不断增大导致的结果。
3.3.2 喷泉实验现象的讨论
当把注射器与集气瓶相连通气后发现集气瓶迅速变为红棕色,而且颜色不断加深。一段时间后可以看见插入锥形瓶中的导管的液面有所上升。当挤入少量水后,可以看见红棕色不断变浅,最终变至无色。第一次发生喷泉时可以看见喷入的为绿色喷泉,关闭夹2后明显的看见喷入液由绿变为棕褐色,而且这个时间很短。如果把集气瓶中事先充满氧气就可以看到第二次喷泉试验后,集气瓶可以几乎被液体所充满。由此可知,当NO进入集气瓶后与集气瓶中的氧气反应生成NO2,挤入水后,NO2与H2O反应生成NO使集气瓶中的压力减小,形成负压,以至于第一次喷泉的成功。在喷入FeSO4后,FeSO4与NO络合为棕褐色的Fe(NO)SO4,进一步减小了集气瓶中的压力。以使第二次喷泉的成功。
4结束语
在对NO的制备的装置上我们鼓励学生各抒己见,用自己所学的知识进行创新,并用实践去检验方案的可实施性,以达到学以致用的教学目的。在进行尾气吸收方面,笔者鼓励学生打破传统思维,通过延长反应时间等各种条件进而取缔尾气吸收一直用碱液的传统模式。不仅解决了教学模式单一,教学目的片面等问题,还为学生在其他方面的创新提供一个契机,更好的引导学生进行创新思维,很有参考价值。
参考文献:
[1]北京师范大学,华中师范大学,南京师范大学无机化学教研室.无机化学下册【M】.高等教育出版社,1981年12月第一版,2003年1月第四版:524～527.
[2]师红梅.铜与稀硝酸反应演示实验的改进【J】.化学教学,2001,2(12).
[3]文庆城.化学实验教学研究【M】.北京:科学出版社发行,2006,第85—90页.
[4]人民教育出版社化学室.化学【M】.第二册,人民教育出版社,2003,第11—17页.
关键词:创新实验 NO 二次喷泉 尾气吸收
【中图分类号】 G644.4【文献标识码】 A 【文章编号】1671-8437(2010)02-0015-01
1引言
人教版与苏教版的教材在喷泉实验的设计上还有改进的地方,而很多人对这个实验的创新也仅停留在仪器的改进,但是在药品等其它方面的改进并未涉及。另外,对药品的选用上没有达到一物多用的原则,因此就没有达到真正的创新。要达到真正的创新,不仅可以改进装置,还可以换用药品以及寻求各种药品的多种用法等。但最重要的是要使學生的思想达到真正的解放就必须突破仅仅从装置的改进及药品的换用这个层面上,同时也需知晓一物多用的法则。基于此,笔者在NO的制备装置上进行了大胆创新,也在其后的喷泉实验上突破传统的瓶颈,一改常规只进行一次喷泉的俗套而设计了二次喷泉,对学生进行三次或多次喷泉以及更好的设计方案开启了启蒙之门。在尾气吸收方面,笔者也不因循守旧,进行大胆创新,根据简约原则,选用了喷泉所用液FeSO4,打破了尾气吸收只能用碱液的潜规则,给学生留下了广阔的思考空间。
2实验
2.1 实验原理
Cu与稀HNO3反应生成NO,而NO在与空气的接触下生成NO2,NO2与水反应生成NO。在密闭的条件下,NO2与水反应生成NO会使反应器皿内形成负压,就可进行第一次喷泉。在第一次喷泉的喷入液上我们选择了FeSO4,因为FeSO4会与NO反映生成Fe(NO)SO4络合物【1】,此反应比较迅速。因此,反应器皿形成第二次负压,便可进行二次喷泉实验。具体反应方程式如下:
3Cu+8HNO3==3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
2NO+O2==2NO2
3NO2+H2O==NO+2HNO3
FeSO4+NO==Fe(NO)SO4
2.2 实验仪器药品及装置
2.2.1 仪器
20mL注射器一只,200mL圆底烧瓶一个,玻璃滴管一支,玻璃导管四支,双孔橡胶塞两个,橡胶导管三截,夹子三个,锥形瓶一个,烧杯三个,洗耳球一个,普
通试管一只。
2.2.2 药品
Cu片,浓HNO3,FeSO4,蒸
馏水 。
2.2.3 装置(如右图)
2.3 实验步骤
2.3.1 NO的制备
在20mL的注射器【2】中事先放入一块Cu片,抽取蒸馏水5 mL,排除注射器内的空气,留取蒸馏水的体积为刻度在4mL左右,然后吸取浓HNO3至刻度为1 mL左右【3】。等产生的气体把导管中的浓HNO3压出后,迅速关闭夹1。
2.3.2 二次喷泉【4】实验制作
1.打开夹2夹3。在上述夹1被关闭后,立即把注射器与集气瓶通过橡胶导管相连,打开夹1,让产生的气体进入集气瓶中。等发现接入水的玻璃导管中的液面开始上升,应立即关闭夹1、2、3。断开注射器与集气瓶的连接,可以看见注射器的活塞不断向后移动,想结束气体的制备只需把针尖朝下,打开夹1即可。
2.通过有夹2的橡胶导管用洗耳球向集气瓶中挤入2~3 mLH2O,然后迅速关闭夹2。把上有夹2的橡胶导管装入有FeSO4溶液的烧杯中。5min后,打开夹2,观察现象。等不再向集气瓶中喷入液体时立即关闭夹2。
3.5min后打开夹2,观察现象。
3结果与讨论
3.1 装置的选择
3.1.1 注射器的妙用
之所以选用注射器是因为注射器吸取液体方便,而且能根据注射器上的刻度进行大致控制吸取液的体积比。不仅如此,在制备NO方面也有很大的好处:由于NO很容易被氧气所氧化,不容易让教师及学生很明显的观察,而使用注射器就很方便的解决了这个问题,因为一开始的时候就用水把注射器中的水完全排除了。另外,注射器能起到缓解与小型仓库的作用:当关闭夹1的时候,注射器的活塞会向后移动,而这就给了教师连接注射器与集气瓶的时间。当教师连接好以后,如果嫌注射器中的气体太多,可以用手把气体挤入集气瓶中。当集气瓶中不再需要NO时,注射器还可以继续收集反应气体,以供其他性质实验所需。如果想让实验结束,直接把针尖朝下,打开夹1就可以使注射器中的液体被压出,反应终止。
3.2 药品的选择
3.2.1 挤入液的选择
前人在选择收集好气体的下一步的挤入液有很多。例如氨水,氢氧化钠,双氧水,亚硝酸钠,水等。但是笔者选择水,这不仅考虑了经济成本,还体现了绿色化学的原则。
3.2.2 喷入液的选择
教材上并未对喷泉实验进行深究,实际上,要培养学生的创新能力不仅要广还要深。教材上并未涉及发生喷泉试验后的余气的处理。笔者利用FeSO4能与剩余气NO发生络合反应使装置发生二次喷泉,不仅给学生提供了一个发生喷泉实验后的余气再处理的方案,还让学生在玩中学,在学中玩,还给学生更广阔的思维空间。比如:能否在不换装置的条件下发生三次或多次喷泉反应;以及在发生喷泉反应时,能否换用其他药品而使喷泉的颜色五彩斑斓等等。
3.2.3 尾气吸收液的选择
众所周知,铜与稀硝酸反应的尾气中主要是NO与NO2,那么在如何选择药品进行尾气吸收方面却非常少,一般情况下就选用NaOH、澄清石灰水等碱性液体。但这样做往往把学生的思维局限在一个很小的空间,这样对学生的培养上是很不利的。因此,笔者决定打破常规,对尾气吸收的药品进行大胆创新,选用喷泉选用液FeSO4溶液进行尾气吸收。先用溶液中的水与NO2反应除去NO2,然后再依据FeSO4与NO之间的络合作用,阻止了尾气直接排向大气。笔者把导管插入装有FeSO4的试管的底部,这样就延长了NO与FeSO4反应的时间。在这里笔者照样可以把尾气吸收的装置稍微改变一下:把试管口塞上少量的蘸有FeSO4溶液的棉花,即使有少量尾气逸出也会被FeSO4吸收。同样还会有很多改进方案供读者去思考。
3.3 实验现象的讨论
3.3.1 NO的制备的现象讨论
在第一步制备NO的时候,笔者发现当关闭夹1时,有大量的无色气泡产生,注射器的活塞不断的向后移动,液体的颜色变为蓝色,随着反应的不断继续,蓝色逐渐加深。这说明Cu与稀HNO3反应产生的气体为NO,反应液变蓝说明生成了蓝色的Cu(NO3)2,蓝色不断加深是体系中Cu(NO3)2的浓度不断增大导致的结果。
3.3.2 喷泉实验现象的讨论
当把注射器与集气瓶相连通气后发现集气瓶迅速变为红棕色,而且颜色不断加深。一段时间后可以看见插入锥形瓶中的导管的液面有所上升。当挤入少量水后,可以看见红棕色不断变浅,最终变至无色。第一次发生喷泉时可以看见喷入的为绿色喷泉,关闭夹2后明显的看见喷入液由绿变为棕褐色,而且这个时间很短。如果把集气瓶中事先充满氧气就可以看到第二次喷泉试验后,集气瓶可以几乎被液体所充满。由此可知,当NO进入集气瓶后与集气瓶中的氧气反应生成NO2,挤入水后,NO2与H2O反应生成NO使集气瓶中的压力减小,形成负压,以至于第一次喷泉的成功。在喷入FeSO4后,FeSO4与NO络合为棕褐色的Fe(NO)SO4,进一步减小了集气瓶中的压力。以使第二次喷泉的成功。
4结束语
在对NO的制备的装置上我们鼓励学生各抒己见,用自己所学的知识进行创新,并用实践去检验方案的可实施性,以达到学以致用的教学目的。在进行尾气吸收方面,笔者鼓励学生打破传统思维,通过延长反应时间等各种条件进而取缔尾气吸收一直用碱液的传统模式。不仅解决了教学模式单一,教学目的片面等问题,还为学生在其他方面的创新提供一个契机,更好的引导学生进行创新思维,很有参考价值。
参考文献:
[1]北京师范大学,华中师范大学,南京师范大学无机化学教研室.无机化学下册【M】.高等教育出版社,1981年12月第一版,2003年1月第四版:524～527.
[2]师红梅.铜与稀硝酸反应演示实验的改进【J】.化学教学,2001,2(12).
[3]文庆城.化学实验教学研究【M】.北京:科学出版社发行,2006,第85—90页.
[4]人民教育出版社化学室.化学【M】.第二册,人民教育出版社,2003,第11—17页.