对浓硝酸分解实验的探讨 - 新会陈经纶中学对浓硝酸分解实验的探讨 - 新会陈经纶中学 对浓硝酸分解实验的探讨 组员:梁柏盛 戴瑞彬 何雅全 李启洪 [高二(2)班] 指导老师 : 杨唐靖 实验背景: 在课堂上，老师为了使我们加深对浓硝酸分解的认识，做了如下值得探究的实验:用一支试管装少量65%的浓硝酸，用酒精灯小心加热一段时间后,再伸入带火星的卫生香，加热过程中无红棕色气体产生，伸入卫生香后，卫生香并没有复燃，却立刻产生红棕色气体，但这一实验现象难以说明教科书上浓硝酸的分解产物。老师提出如何解释这一实验现象?这激起了我们强烈的探索欲望，在学校开展的...
对浓硝酸分解实验的探讨 - 新会陈经纶中学 对浓硝酸分解实验的探讨 组员:梁柏盛 戴瑞彬 何雅全 李启洪 [高二(2)班] 指导老师 : 杨唐靖 实验背景: 在课堂上，老师为了使我们加深对浓硝酸分解的认识，做了如下值得探究的实验:用一支试管装少量65%的浓硝酸，用酒精灯小心加热一段时间后,再伸入带火星的卫生香，加热过程中无红棕色气体产生，伸入卫生香后，卫生香并没有复燃，却立刻产生红棕色气体，但这一实验现象难以说明教科书上浓硝酸的分解产物。老师提出如何解释这一实验现象?这激起了我们强烈的探索欲望，在学校开展的研究性学习课程中，我们就选了对浓硝酸分解实验的探讨这一课题 研究过程: 一、查阅资料做实验 在老师的介绍下，我们从东北师大出版，刘杰、辛万香主编的《名师视点》非金属及其化合物分册(第124页)上找到了浓硝酸分解实验的
: 在试管中加入3ml98%以上的浓硝酸，观察其“发烟”现象，然后在酒精灯上小心加热，待出现红棕色气体时，将带有火星的细木条插入试管中，观察产生的现象。实验结果是硝酸受热时产生红棕色气体，并使带有火星的细木条复燃。 用65%以上的浓硝酸进行实验，现象是:加热过程中没有产生红棕色气体，带火星的细木条也不复燃。我们与老师讨论后认为氧气浓度不够高，试管内环境不利于木条复燃。我们分析加热过程中不产生红棕色气体，是不是加热时间不够长呢, 二、设计实验: 实验1. 经过几次实验，木条还不能复燃，我们大家都认为试管环境存在坏因，不利于细木条复燃，因此我们设计实验把浓硝酸分解产物分离并检验。经过讨论，最初制定我们的实验步骤和原理，并绘制好实验装置图。 实验原理:根据教材介绍，明确分解产物有二氧化氮、氧气和水，于是加热浓硝酸使其分解，先验证氧气，再验证二氧化氮，按分离出的气体能否使带火星卫生香复燃,来验证氧气，按是否有红棕色气体生成，来验证二氧化氮气体。 实验步骤:(1)用锥形瓶盛装浓硝酸加热使其分解，把气体通过氢氧化钠溶液,吸收二氧化氮，收集气体，做验证。(2)用锥形瓶盛装浓硝酸加热使其分解，把气体通过浓硫酸进行干燥，收集气体后，观察现象。(3)制定好有关步骤后，我们再进行讨论，研究这一设计是否有不足之处，讨论中我们想到，浓硝酸分解不同于镁与盐酸反应那样迅速，产生大量气体。浓硝酸分解产生的气体会不会顺利地排出呢,为了成功，个人会使用二氧化碳作“动力”带出气体，用于排空气。(实验装置见图1) 1 实验2 .用锥形瓶盛装浓硝酸进行长时间加热，观察现象。 实验3 .教材介绍浓硝酸见光也会分解。因此，我们用两支试管盛装适量的浓硝酸用橡皮塞塞紧，分别放置在有光照处和阴暗处，过一段时间后，观察现象。 三、进行实验: 第八周星期三是我们第一次进入实验室做实验，由于我们自行设计实验，实验室没有现成的装置，我们要亲手制作，这样我们就用一个下午的时间才组装好装置。我们动手能力不高，花费大量时间。由于时间的不足，我们赶紧进行实验2和实验3.先前,有同学在加热浓硝酸时，浓硝酸不时地串出来，由于害怕，我们隔着一段距离加热和观察，时间一分一秒地过去，浓硝酸也跟着沸腾起来，但是我们最想看到的现象并没再次出现，在加热整一个完整的过程中并没有产生过任何红棕色气体等等，不断冒出的水汽用石蕊试纸一测显酸性，是挥发出来的酸，这一现象对我们的实验是一种挑战，如果咱们进行实验1时产生这一现象，我们的实验将无法顺利完成,既然问题出现了,那当然要解决。经讨论，对浓硝酸加热不产生红棕色气体的初步解释为:浓硝酸肯定是分解的，但分解产物容易结合成硝酸。加热时，在锥形瓶中除硝酸分解产生的氧气、二氧化氮和水外，还有瓶内空气(氧气)，由于全是气体，反应速度快，这样产生的二氧化氮就能很快溶解在水里变成硝酸(4NO2+O2+2H2O=4HNO3)。因此我们看不到红棕色气体。 离开实验室，我们在空闲中讨论怎样减少二氧化氮的溶解，最后我们决定吸收水，减少水的量。如果我们的解释正确，这样做可使一部分二氧化氮不能溶解，那就有氧气剩余，我们也可以把它们分离，来做验证(教材确定硝酸分解产物;因此这一验证是在我们思想上默认了分解产物而进行的实验验证)那么我们要改进实验装置，就是让分解产物首先通过浓硫酸干燥，再进行下一步操作。 学校每周只是安排一节课的时间让同学进行研究，每周一节课对我们是不够的，为此我们在自习课到实验室做实验研究。第二次进行实验时，我们先观察实验了的实验现象:放置在有光照处的试管中有黄色气体，硝酸也变黄，如教材介绍一样“我们有时在实验室看到的浓硝酸呈黄色”，就是由于硝酸分解产生的二氧化氮。温度低的地方，即在阴暗处那支试管内并无显著变化。我们马上组装好了装置进行实验，先不断通入二氧化碳排空气，再加热浓硝酸，一段时间后，盛装浓硝酸的瓶中出现红棕色气体，但不多，浓硝酸也慢慢出现黄色，硝酸也变成黄色，但收集的气体不能使卫生香复燃，不久，连接锥形瓶出气导管的橡皮塞也被腐蚀得漏气，我们只得停止。收拾好后，我们请教老师解释有关现象:盛装浓硫酸的瓶出现的红棕色气体，气体又是来源于硝酸，那么红棕色气体就是二氧化氮，浓硝酸变黄是二氧化氮溶解在硝酸中，这样，我们也可以简化验证二氧化氮的操作由现象能确定红棕色气体就是二氧化氮，卫生香不复燃，说明氧气不浓或混有别的气体，实验时引入二氧化碳，由于氢氧化钠不浓，不能完全吸收二氧化碳。可能这样收集的气体混有二氧化碳，从而使卫生香不复燃。吸取这一次经验教训，接下来的实验我们用浓度高的氢氧化钠溶液再进行实验。 2 在第二次实验，我们加热很久也看不到红棕色，只看到连接锥形瓶和干燥管之间有流动的液体，收集的气体还是不能使卫生香复燃。虽然这一次实验不能产生红棕色气体，但可以使我们得知装置的不足之处，这就有待于我们改进了。从锥形瓶的出气管开始有液体，不利于二氧化氮的分离，也影响氧气的分离，因此我们就想在锥形瓶内干燥吸收，就是用布包住一些干燥剂悬吊在瓶内吸水。 在老师陪同下，咱们进行第三次实验。我们与老师一起讨论了这个实验，当老师说可以试一试，使我们充满了信心。我们准备做实验时，才发现实验室没有适合的布，于是，老师就建议我们在锥形瓶的出气管处连接一个干燥管，可有效地减少二氧化氮的溶解。因此，我们只有重新组装装置再加热，高兴而又兴奋的时刻终于来临了，干燥管内出现了红棕色气体，同时也收集到气体，但经过验证后并不能使卫生香复燃，可火星也没有立刻消失。我们与老师讨论分析开始排空气时气流比较快，二氧化碳来不及被吸收，氢氧化钠溶液上部就留有二氧化碳。所以在收集气体时，氧气中就可能混有一定量的二氧化碳，使到氧气不浓。实验后我们再改进装置，撤除部分有关用浓硫酸干燥的仪器，改用干燥管还有不使用二氧化碳作“动力”。这一次实验，我们正真看到了红棕色气体，也证明了硝酸的确分解产生二氧化氮。既然如此，我们利用二氧化氮来挤出空气。即使没全排出空气，但对氧气的检验影响也不大，因为带火星的卫生香可以在氧气浓度为25%以上的空气中复燃，即是说只要氧气占总气体的百分比足够大，那就可以了。所以，我们把装置简化为由加热装置，干燥装置和除气装置组成。(装置实验图如图2) 3
所有经验教训，咱们进行最后一次实验。在这次实验，个人会使用了高浓度的氢氧化钠吸取二氧化氮。由于没用别的气体排空气，就只有加热使空气膨胀，从而排出一部分。可是过了好几分钟，还是没看见气泡出。于是就回想起来，才发现硝酸用量比前几次多。当加热时，大部分热量可能被浓硝酸吸收了，使空气膨胀得慢。在硝酸没沸腾前，气泡忽然断断续续地排。我们马上收集一小试管检验，可结果卫生香还是没有复燃。十多分钟后，硝酸终于沸腾了，此时气体使装有氢氧化钠的瓶中的液体倒流。一会儿，干燥管中出现红棕色气体，但伴随着少量液体附在导管里。此时，气泡比较多地排出。我们连续收集两试管检验，可卫生香还是不复燃。这并没有使我们停下来，接下来的气泡都不再放过，可是没有一支试管气泡使之复燃。我们最后还是急了起来，液体不断地从锥形瓶中流出来且很快就积聚了半干燥管，还向另一个干燥管逼近，红棕色气泡持续不断地进入氢氧化钠溶液，但很奇怪。从最后直角管出来的气泡的量反而减少，很艰难才收集到一支试管气体，真失望，卫生香还是不能复燃，进入氢氧化钠溶液的气泡变得更快更多，此时仍然收集不到气体，只有最后出气管中液体来回移动，气泡就是出不来。虽然只收集到半试管气体，也得要检验，还是一样，卫生香不复燃，也没熄灭。真不明白，既然有大量红棕色气体进入氢氧化钠溶液中，又为什么排不出气体呢,当时真令人费解。实验最后还是没有成功，我们还得离开。停止加热后的几分钟内，锥形瓶内出现大量红棕色气体，颜色越来越深，加热时反而无显著的红棕色气体，只有硝酸变黄色。带着几个疑问结束了这个实验。为验证(2NO2=2NO+O2),这反应是否发生，我们倒掉锥形瓶中的硝酸，留住部分二氧化氮，用橡皮塞塞紧瓶口后，加热。加热15分钟后，瓶中颜色没有变浅，反而加深很多，难道书中介绍有误吗,事后，我们讨论，不能确定这反应是否发生，但确定的是留下的少许硝酸分解了，于是产生更多的NO2。因为停止加热时,瓶内只有气体,冷却后，颜色变浅，还出现少量液体。如果NO2加热分解这一反应能够直接进行，那么停止加热，才出现红棕色气体这现象就可以解释，不但这样，还有浓硝酸加热时间长也不产生红棕色气体也可得到解释，因为如果线就溶解在水蒸气中。收集到的气体又究竟是什么呢,我们开始仍旧没办法解释。偶然的机会，我们在一道题目中得到启示:3NO2+2NaOH=2NaNO3+NO+H2O，(选自参考文献5中的第125页中的例1-5)对着这条反应方程式再结合4NO+3O2+2H2O=4HNO3这反应,就可以解释氢氧化钠溶液中气泡量增多时,反而收集不到气体的原因。NaOH和H2O吸收产生的NO，而分解产生的O2的量是NO2的四分之一,O2还没有来得及排出就跟NO和H2O反应生成硝酸,因此收集不到气体,只看见直角管中液体的来回移动。(这只是一种猜想) 四、未能解决的问题: 1(是否发生反应:(2NO2=2NO+O2);2(为什么浓硝酸加热长时间仍不可能会出现红棕色气体;3(收集气体时，NaOH溶液中气泡量增多时收集不到气体。 五、实验总结: 虽然我们还没有成功地分离和检验出O2，只能检验出NO2。但是通过实验，我们更深地了解了硝酸的有关知识。实验过程中察觉缺陷，通过动手动脑处理问题，实验装置的一直在改进，设想不断产生，使创造的兴致大增。通过思考、动手、探索，我们的动手能力得到大幅度的提升，分析能力得到锻炼。 六、总的体会: 化学实验以其合理的设计方法，以直观明显的实验现象作为制取新物质，发现新问题的基础，并以验证性和探索性相结合的实验过程，培养我们的观察能力、思维能力、动手能力、以及创造能力等。用化学实验来进行探索性实验，过程包括:1.明确实验目的和研究对象;2.收集有关研究对象的信息;3.设计并进行实验;4.实验过程中，认真观察现象，作好
; 4 5.通过实验现象，提取问题;6.分析问题，大胆假设，找到原因;7.得出结论，处理问题。其中发现问题是很重要的，由于问题的出现带有偶然的因素，那么我们不但要有敏锐的洞察能力，同时还需要具备发现问题的意识。实验操作能培养我们在迷茫中思考，在困难中探索，以及百折不挠，持之以恒的品质。 参考文献: 1、《化学教学》2002年第4，7期 2、《中学化学》2002年第5期 3、《名师视点》高中化学，非金属及其化合物 4、《发散、收敛、整理》高二化学，江学有主编，大象出版社出版 评语: 对浓硝酸分解实验探讨课题组的同学，认真开展研究性学习活动，每一周都到实验室做实验，有时还利用课余时间走进实验室做实验，把研究性学习活动从兴趣转化为一种自觉的行动。 本课题组的四位同学都是化学班的同学，通过该课题的研究不仅培养了学生的兴趣，更重要的是让学生认识到作为一个化学工作者，应该具有什么样的科学态度和科学品质，才能在将来的化学学习和工作中，做出成绩和贡献，这些都是研究性学习这门课程开设的重要目的。 针对浓HNO3加热分解难于检验出NO2,O2等产物，该课题组的同学积极动脑筋，想办法，忠实记录实验结果，遇到困难时跟指导老师多交流。在老师的启发下完全自主设计
，亲自动手，找仪器，找药品，钻孔。对于高中生自行设组装两套实验装置确实是一件不容易的事。第一套组装实验为分别检验出分解产物中的混合气体，他们用CO2作“动力”。对于第二套组装实验中未能收集到O2,作了一种较为合理的推断，有自己的观点，对中学生又是一件不容易的事情。 该课题组的同学把研究性学习重实践，重过程，重体会都演绎在他们的每一个环节中，该课题组的研究性学习活动开展得很出色,并在研究性学习活动中享受其乐趣。 5 6
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