杨桂霞
（江苏省木渎高级中学 江苏 苏州 215101 ）
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
一、实验设计的缘起
铜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。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。
图1 实验装置
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（见图2）。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。
图2 实验装置
3、主要实验步骤及现象
（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（见图3）。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NO2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
[1]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