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一氧化氮與氧氣反應實驗的改進探索

來源:不詳       更新時間:2013-4-17 13:23:56
 
    傳統的實驗設計為移開充有NO氣體的集氣瓶或是試管,讓NO氣體與空氣相接觸,我們可以看到無色的氣體變為紅棕色。這樣的設計簡單易行,學生觀察到的現象明顯,因此為大多數教師采用。
  
  但由于一氧化氮、二氧化氮氣體有毒,所以這個實驗一般我們不讓學生做,而是改為教師演示。新的課標要求,教師應盡可能多地創造機會讓學生動手實驗,以培養學生的實驗能力和探究意識。我們想,能不能改進實驗設計。使有毒氣體處于一個封閉的體系中,這樣就對環境無污染,對學生人身無傷害,也使它由一個傳統的教師演示實驗變成了新的學生實驗。于是,我們對此實驗進行了如下設計:
  
  方案1.
  
  裝置:兩支中間用玻璃導管、帶鐵夾橡皮管連接的試管,一試管中裝一氧化氮,一試管中裝空氣。
  


  當我們打開橡皮管鐵夾時,一氧化氮與空氣中的氧氣相接觸,
  
  反應開始。這樣的裝置的優點是可以避免一氧化氮氣體、二氧化氮氣體對環境的污染,使學生實驗切實可行。但在實驗過程中我們發現氣體只是在玻璃導管中變成紅棕色,不便于學生觀察。
  
  我分析的原因是在這個實驗中要利用分子擴散的原理,而分子擴散與溫度及氣體的接觸面積有關。此裝置兩氣體的接觸面很小,氣體的擴散速度很小。因此,所觀察到的實驗現象并不明顯。并不適合學生實驗。
  
  由此,我提出改進方案。
  
  方案2.
  
  裝置:帶刻度的大注射器來,注射器前端設有帶鐵夾的橡皮管。
  


  開始我們注入一氧化氮氣體。然后打開鐵夾,拉動注射器活塞,吸入氧氣。夾住鐵夾,我們可以看到很明顯顏色變化,并可以看到注射器活塞移動。
  
  這樣的設計既考慮到了環保,又考慮到實驗的效果,并且裝置簡單,操作方便。它優于傳統的演示實驗和方案1。
  
  此外,此實驗是一個驗證性實驗。我們是在告訴了這紅棕色的氣體是二氧化氮的基礎上,讓學生去驗證這個化學反應。那么,如果開始沒有告訴學生這個反應是生成了二氧化氮,我們能不能推斷出這種氣體就是二氧化氮呢?這樣一轉換,我們就把一個驗證性的實驗變化為一個探究性的化學實驗。
  
  我們仍然可采用上述裝置進行實驗,或用以下裝置,使吸入O2的體積讀數更為準確。
  


  由于這是個氣體體積有變化的反應。我們可以控制溫度、壓強,從阿佛加德羅定律的推論可知,同溫同壓下,氣體的體積之比等于其分子個數之比,而分子個數又等比于化學方程式各物質的計量數。我們假定此反應為:aNO+bO2→cX。通過注射器的刻度,我們可以得出氣體的體積。我們進行三次以上(至少三次)實驗,分別記錄以下數據:
  
  通過數據我們可以計算出a、b、c的值,再根據原子守恒進而推算出X的組成。當然,這只是一種粗糙的推算,因為這兒還存在一個可逆反應。二氧化氮還可轉化為四氧化二氮。但我們只要通過多次實驗和控制條件是可以得出結論的。
  
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