实验室制备NO的条件探究

实验室制备NO的条件探究选自人教版高中化学必修1第四章第三节中国科学技术大学附属中学刘帅东一．实验教学目标1.掌握控制单一变量、半值法在化学学习中的应用2.了解现代化学仪器--双排管、温度传感器、压强传感器等的使用3.在NO制备的最佳制备条件探究的过程中，树立了严谨实事求是的科学态度。二．实验方法设计根据实验教学目标，我采取传统实验创新和现代数字化实验融合的教学方法，引导学生动手实验、观察思考、交流讨论，通过师生共同的探究活动，促进学生思维的发展。三．实验教学过程环节1问题情境引出课题：知道了NO的反应原理，在这样的一个装置中用4.0mol/l稀硝酸和铜丝反应，为什么在试管内会出现红色气体呢？说明：实验所用铜丝直径为0.34mm，长度为50cm，下同。同学们思考回答有可能是试管内有空气，生成的NO和空气中的O2反应生成NO2。那如何实现一个无氧环境呢？有的同学想到用二氧化碳排除试管内的空气。那有没有一个更快速更高效的创造无氧环境的方法呢？其他同学有没有更好的想法？那在实验室中如何实现这样一个操作呢？我们可以用双排管把双颈瓶抽成真空，然后充入高纯氩保护，重复三次来实现一个无氧环境的装置。在创造了无氧环境后，用4.0mol/l的硝酸和铜丝反应依然有少量的红色气体呢？同学们思考后回答，有可能是因为硝酸浓度不够小的原因。那如何去选取硝酸浓度呢？学生思考回答可以逐渐减少硝酸浓度去找到最合适的硝酸浓度。你的方法是什么呢？学生回答可以用半值法。说明：浓硝酸的浓度为14.2mol/l。环节2科学检验，感受真相利用半值法，第一次选取14mol/l的一半也就是7mol/l的硝酸。接下来，我们用3.5mol/l5.3mol/l4.4mol/l4.0mol/l的硝酸来进行实验。实验数据的汇总通过实验数据的分析，我们很容易发现4.4mol/l的硝酸更适合去制备NO，因为该硝酸浓度时制备NO的效率最高。同时得到结论，浓度越大，出现红棕色气体越快。环节3提出观点，自主探究2、3、4、5组低浓度硝酸与铜丝的反应中，随着反应的发生，硝酸浓度减小，理论上产生的气体应该是无色的NO，为什么一段时间后依然会产生NO2呢？其实本实验中我们还收集了溶液温度的变化，数据如下，请同学们从硝酸的性质和溶液温度变化方面思考原因。学生思考回答，有可能是导致硝酸分解产生的NO2接下来选取高浓度高温度也就是5.3mol/l35℃的硝酸进行实验通过观察我们发现，该情况下15分钟后依然不出现红色。说明不是温度升高导致硝酸分解产生的NO2，既然不是温度升高导致硝酸分解产生的NO2，那还可能是什么原因呢？学生思考回答，有可能是反应条件不同，导致反应产物种类不同。接下来选取一个低浓度、高温度的硝酸和铜丝反应，也就是3.5mol/l，35℃的硝酸进行实验。发现150s就出现了红色气体，但前面的实验中3.5mol/l的硝酸和铜丝反应1012s才出现红色气体，温度为24.7℃。得到结论：说明浓度相同时，温度确实对反应产物的种类有影响，且温度越高，出现红棕色气体越快。通过以上探究，接下来我用4.4mol/l20℃的硝酸和铜丝反应，发现1200s产生气体依然是无色的。之前的实验中4.4mol/l的硝酸和铜丝反应，464s就出现红色，温度为21℃。环节4优化实验学以致用得到结论：1、在选取铜丝的粗细和长度确定的情况下，反应物的浓度和反应的温度是影响该反应产物种类的重要因素。2、建议实验室制备NO所用硝酸浓度不超过4.4mol/l，温度控制在20℃或以下，且实验时间不宜过长。四、反思与评价本实验很好的创超了无氧环境，使学生深刻理解了半值法和控制单一变量