尚磊

【摘要】以《二氧化氮的制備及相關性質》改進實驗為例，從問題的提出、實驗目標、實驗改進、實驗優(yōu)點、注意事項和反思與評價六個方面來進行對教材的延伸和拓展，旨在實現(xiàn)知識的整合和體系的完整。

【關鍵詞】改進實驗 教材拓展 綠色化學 微型化實驗

一、問題的提出

舊人教版中二氧化氮的制備裝置的缺點：裝置氣密性是重要挑戰(zhàn)的問題，一旦泄露，對實驗教師和學生身體都有一定的傷害;固液分離困難，反應不易控制;空氣干擾，一氧化氮干擾;排空氣收集不徹底。

新課標人教版化學必修一教材中則刪除了二氧化氮的制備實驗，但提出了二氧化氮和水反應的科學探究，但對二氧化氮的制備及相關實驗裝置并未給出，學生只能在教師的語言描述中進行宏觀了解，缺少親手實驗的直觀體驗，導致探究實驗徒有形式，可操作性極差，同時氮及其化合物的性質在非金屬元素化合物中占有重要地位，關于金屬與濃、稀硝酸反應的考察也備受高考的偏愛。然而由于氮氧化物有毒，影響人體健康，因此，本次改進實驗遵循了綠色化學理念，聯(lián)系生活實際，改進了實驗方法，實驗現(xiàn)象明顯，且無毒無害。

綠色化學又稱環(huán)境友好化學或清潔化學，是從源頭上防止污染產(chǎn)生或把化學過程對環(huán)境的負面影響降到最低程度的化學。綠色化學要求原料和產(chǎn)品無害，在化學過程中不產(chǎn)生“三廢”或使“三廢”降低到最低程度。

化學實驗綠色化的途徑：

（1）開發(fā)綠色實驗;

（2）防止實驗過程中尾氣、廢物等對環(huán)境的污染，實驗中有危害性氣體產(chǎn)生時要加強尾氣吸收，對實驗產(chǎn)物盡可能再利用;

（3）在保證實驗效果的前提下，盡量減少實驗試劑的用量，使實驗小型化、微型化;

（4）對于危險或反應條件苛刻，污染嚴重或儀器、試劑價格昂貴的實驗，可采用計算機模擬化學實驗或觀看實驗錄像等辦法;

（5）妥善處置實驗產(chǎn)生的廢物，防止污染環(huán)境。

二、實驗目的

1.通過微型化實驗制取微量二氧化氮，試驗其性質

（1）觀察Cu 與濃HNO3反應現(xiàn)象;

（2）觀察NO2氣體的顏色;

（3）觀察NO2與H2O的反應現(xiàn)象;

（4）觀察產(chǎn)物NO與O2的反應現(xiàn)象;

（5）觀察NO2、O2、H2O反應生成HNO3的現(xiàn)象;

（6）觀察生成的HNO3遇石蕊的顏色變化。

2.體驗實驗微型化與規(guī)范化的關系

3.培養(yǎng)進行化學實驗改進和創(chuàng)新設計的意識

三、實驗的改進

1.改進方法

本實驗利用醫(yī)用點滴袋和點滴瓶之間形成的一個相對密閉的小氣室，使少量二氧化氮在密閉空間擴散，現(xiàn)象明顯，并防止泄露。具體操作如下：在醫(yī)用點滴袋中演示銅與濃硝酸反應產(chǎn)生二氧化氮和硝酸銅的實驗，同時觀察二氧化氮氣體的顏色;在點滴瓶中演示二氧化氮與水的反應，一氧化氮與氧氣的反應，繼而得出二氧化氮、氧氣和水反應，最后所得溶液能使石蕊試液變紅

2.實驗儀器與藥品

儀器：點滴袋、點滴瓶、注射器（2支）、輸液器（3支）、燒杯

藥品：濃硝酸、銅絲、石蕊試液

3.改進后實驗操作和現(xiàn)象

（1）將銅絲插入點滴袋

（2）用注射器量取10mL濃硝酸，注入點滴袋，使銅絲與濃硝酸充分接觸，觀察到銅絲與濃硝酸劇烈反應，溶液變?yōu)榫G色，產(chǎn)生紅棕色氣體二氧化氮。即：Cu +4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

（3）當氣體充滿點滴袋，抽出銅絲，反應停止

（4）用導管連接點滴袋和裝滿水的點滴瓶

（5）打開止水夾，迅速擠壓點滴袋，將氣體排入點滴瓶，觀察到瓶中液面迅速下降，氣體顏色變淺。關閉止水夾，拆除瓶上裝置，振蕩，氣體變?yōu)闊o色，瓶身略有凹陷，說明二氧化氮與水反應生成無色氣體，且氣體體積變小，即：3NO2+H2O=2HNO3+NO。

（6）向瓶中注入一定量的空氣，無色氣體迅速變?yōu)榧t棕色，說明一氧化氮遇氧氣生成二氧化氮氣體，重復操作。即：2NO+O2=2NO2。

（7）取一定量石蕊試液，注入點滴瓶，溶液變紅，說明二氧化氮與水反應生成硝酸。即：4NO2+O2+2H2O=4HNO3或4NO+3O2+2H2O=4HNO3。

四、改進后的優(yōu)點

1.取材方便，應用廣泛

實驗器材來源于廢舊的醫(yī)療用品（使用前要徹底消毒），現(xiàn)在醫(yī)院使用的注射液點滴袋、點滴瓶和輸液器均由一些高結晶度塑料如PP（主要成分是聚丙烯），PVC（主要成分是聚氯乙烯）等組成，其體積小，重量輕，質軟（易變性），韌性好，耐強酸強堿，透明度高，最重要的是密封性好，是進行有毒氣體的制備和性質實驗的絕佳容器?？赏茝V至銅與稀HNO3反應生成一氧化氮或氯酸鉀與濃鹽酸反應生成氯氣的實驗。

2.儀器簡單、操作方便（固液易分離，產(chǎn)生氣體的量可控制）

3.耗時較短，現(xiàn)象明顯

4.體系封閉，安全可靠，環(huán)境友好

五、注意事項

（1）點滴袋使用前要清洗并抽真空，防止空氣干擾;點滴瓶清洗后要住滿

（2）銅絲在插入點滴瓶前要將尖頭卷起，防止插入后將點滴袋戳破，造成二氧化氮的泄露

（3）用注射器量取濃硝酸時不能將金屬針頭直接伸入濃硝酸，防止污染試劑

（4）向點滴袋中注入濃硝酸時，要由銅絲插入處注酸，且防止漏酸，以防在袋外發(fā)生反應，產(chǎn)生有毒氣體，污染環(huán)境

（5）實驗結束后，向點滴袋中注入一定量的水，對溶液進行稀釋，在排風處將點滴袋剪開，排放可能剩余的有毒氣體。含硝酸銅的溶液要加入硫化鈉處理后再排入下水道，以防重金屬污染水源和土壤

六、反思與評價

改進實驗的目的是在教材實驗基礎上進行的延伸和拓展，因為教材的編寫往往會滯后于實驗儀器和科學技術的發(fā)展，而實驗的基本操作方法也會隨著儀器的發(fā)展而改變。這就要求教師在實驗教學過程中，與時俱進，能夠針對教學內容，并結合學生認知水平，進行類似于科學探究的學習和嘗試，進而激發(fā)學生實驗探究的積極性;在問題的解決過程中，實現(xiàn)串聯(lián)實驗內容，梳理知識體系，并培養(yǎng)學生獨立科研能力，人際溝通能力，并且使學生有樂于服務的人生觀;滿足學生多元學習的需求，有效的解決了部分教材實驗老舊繁，現(xiàn)象不明、原理不清的問題，形成完善的學科知識體系，特別是數(shù)字化、微型化實驗的介入改變了教與學的形態(tài)，促進了結構化的學科知識、技能體系的形成、有效的培養(yǎng)了學生的學科核心素養(yǎng)。

參考文獻：

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