专利名称：一种二氧化氮溶于水的定量实验装置及方法
技术领域：
本发明属于化学基础理论教学设备及方法领域，具体涉及ー种ニ氧化氮溶于水的定量实验装置及方法。
背景技术：
由于NO2易与水反应，通常采用排气集气法收集NO2，但这样所收集的气体因混有一定量空气而不純。另外，ニ氧化氮溶于水，并与水反应:3N02+H20=2HN03+N0，据此，人们普遍认为把装满NO2的试管倒立于水中，待试管内液面平稳后，试管内进入的液体是试管的三分之ニ，但实际上根本不是这个結果。反复实验结果表明，纯净NO2溶于水，试管内进入的液体可以充满整个试管。显然，这与产生的NO溶于水、水中溶有O2及NO溶于稀硝酸有夫。因此，如何设计ー套制取收集纯净NO2反应装置是本发明研究的关键技木。
发明内容
本发明的目的之ー在于提供一种ニ氧化氮溶于水的定量实验装置，以制取NO2,并将NO2溶于水，避免了排气集气法所收集的气体的不纯净性，从而实现纯NO2溶于水定量实验的目的。本发明的第一个目的是通过如下的技术方案来实现的:该ニ氧化氮溶于水的定量实验装置，它包括试管夹、量筒；它还包括步骤ー装置和步骤ニ装置，步骤ー装置包括ー对等高的大试管和小试管，小试管底部开有小孔，小试管套于大试管内并共同置于广ロ瓶中，小试管中装满浓硝酸和一块铜片，小试管的管ロ塞有橡皮塞，大试管与小试管的夹层也充满浓硝酸；步骤ニ装置是将步骤ー装置中的小试管从大试管中提起并充满ニ氧化氮气体后与大试管共同置于装有水的敞ロ容器内，小试管的底端略低于大试管的浓硝酸液面，并且敞ロ容器水面高于小试管的底端。本发明的目的之ニ在于提供基于上述ニ氧化氮溶于水的定量实验装置的定量实验方法，该方法包括:步骤一，纯ニ氧化氮的制取:(I)将ー支与大试管等高的底部开有小孔的小试管套入大试管内，并将它们共同插入广ロ瓶中，再向小试管中注入浓度为63%的浓硝酸，使浓硝酸液面低于管ロ约0.5cm处并保持稳定为止后，向小试管中投入一块铜片，在小试管口立即塞上橡皮塞；(2)迅速提起小试管，使其下端略低于大试管的浓硝酸液面，并用试管夹将其夹住搁在大试管口上，待反应进行到小试管内全部充满红棕色的ニ氧化氮气体；步骤ニ，纯ニ氧化氮溶于水:(I)把已充满ニ氧化氮气体的小试管连同大试管一起从广ロ瓶中提出并置于装有水的敞ロ容器内，并使小试管的底端低于敞ロ容器水面，再把大试管拿出水面，12 16h后小试管内液面上升至满；(2)慢慢提出小试管并将其底部小孔对准干燥量筒后，拔开管ロ橡皮塞，使管内的水全部漏入量筒中，记下水的体积，水的体积即是溶于水ニ氧化氮的体积。本发明可靠性强、重现性好、成功率高，现象明显、富有个性，药品、材料易得，耗时短，操作便捷、安全性强，仪器、装置简单。本发明的有益效果体现如下:( I)有效地解决了制取纯净NO2及其溶于水的定量方法。(2)有助于从理论上和实验中充分认识NO2和NO的性质。(3)开创了制取纯净NO2及其溶于水的定量方法。(4)深刻认识和理解:N0能溶于稀硝酸。(5)纠正了长期传统错误结论。(6)对如何准确掌握和灵活运用这些知识更好地为科研、生产和生活服务提供实验依据。(7)为如何将课堂教学与科学研究有机地结合起来发挥积极的促进作用，也是对学生进行个性化教育，拓展良好个性和创造性思维的有效方法。
图1为本发明实施例的装置结构示意图。其中，图中a为步骤一装置的结构示意图，图中b为步骤ニ装置的结构示意图。图2、图3为本发明实施例方法的过程示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实验实施例对本发明作进ー步详细的描述。參见图1，本实施例的装置包括试管夹、量筒(图中未画出)，还包括步骤ー装置(图1中a所示)和步骤ニ装置(图1中b所示)，步骤ー装置包括一对等高的大试管I和小试管2，小试管2底部开有小孔，小试管2套于大试管I内并共同置于广ロ瓶3中，小试管2中装满浓硝酸4和铜片5,小试管2的管ロ塞有橡皮塞6,大试管I与小试管2的夹层也充满浓硝酸4 ;步骤ニ装置是将步骤ー装置中的小试管2从大试管I中提起并充满ニ氧化氮气体后与大试管I共同置于装有水的敞ロ容器7内，小试管2的底端略低于大试管I的浓硝酸液面，并且敞ロ容器7水面高于小试管2的底端。基于上述实施例装置的ニ氧化氮溶于水的定量实验方法，包括:步骤一，纯ニ氧化氮的制取:(I)将与大试管I等高的底部开有小孔的小试管2套入大试管I内，并将它们共同插入广ロ瓶3中，再向小试管2中注入浓度为63%的浓硝酸4，使浓硝酸4的液面低于管ロ约0.5cm处(便于之后塞上管ロ橡皮塞)并保持稳定为止后，向小试管2中投入铜片5，在小试管ロ立即塞上橡皮塞6 ;如图1中a所示。其中，小试管2底部小孔的作用是:小试管2内由于产生ニ氧化氮，压强増大，便于硝酸排出小试管2外于大试管I中，使大试管I与小试管2中的酸液始終保持联通，有效地避免了所制取的ニ氧化氮气体与空气接触，确保了所制ニ氧化氮气体的纯净性。(2)迅速提起小试管2，使其底端略低于大试管I的浓硝酸液面(使小试管保持其内不进入空气)，并用试管夹将其夹住搁在大试管I 口上，如图2所示；待反应进行到小试管2内全部充满红棕色的NO2气体，如图3所示；该反应过程的化学原理是:Cu+4HN03 (浓)=Cu (NO3) 2+2N02 丨(红棕色)+2H20。步骤ニ，纯ニ氧化氮溶于水:(I)连同大试管I 一起从广ロ瓶3中提出小试管2，将其放入装有足够水的敞ロ容器7中，使水面高于小试管2的底端，以使小试管内保持不进入空气，再把大试管I拿出水面，12 16h后小试管2内液面上升至满，如图1中b所示；产生该现象的原因主要有如下几点:①ニ氧化氮溶于水，使小试管2内形成负压，该过程反应式为:3N02+H20=2HN03+N0 ；②小试管2内所产生的一氧化氮与溶在水中的氧气反应生成ニ氧化氮，该过程反应式为:2N0+02=2N02 ；③小试管2内生成的ニ氧化氮又与水反应:3N02+H20=2HN03+N0，一氧化氮溶于水的总反应式为:4N0+302+2H20=4HN03 ；④溶于敞ロ容器中的氧不断通过小试管2底部小孔扩散至小试管2，补充小试管2内的氧源，以循环上述②、③步；⑤ー氧化氮溶于稀硝酸:小试管2内通过上述①、③步产生硝酸，浓度约为
0.04mol/L。因此，12 16h后小试管2内液面上升至满。(2)上述反应完成后，慢慢(g在避免小试管2脱离水面后管内液体从小孔流出)提出小试管2并将其底部小孔对准IOOmL干燥量筒后,拔开小试管2的管ロ橡皮塞6,使小试管2内的水全部漏入量筒中，记下水的体积为39.8mL，水的体积即是溶于水ニ氧化氮的体积；(3)记录室温 T 为 24.5°C，大气压 P 为 751.5mmHg。
权利要求
1.一种ニ氧化氮溶于水的定量实验装置，它包括试管夹、量筒；其特征在于:它还包括步骤ー装置和步骤ニ装置，步骤ー装置包括一对等高的大试管和小试管，小试管底部开有小孔，小试管套于大试管内并共同置于广ロ瓶中，小试管中装满浓硝酸和一块铜片，小试管的管ロ塞有橡皮塞，大试管与小试管的夹层也充满浓硝酸；步骤ニ装置是将步骤ー装置中的小试管从大试管中提起并充满ニ氧化氮气体后与大试管共同置于装有水的敞ロ容器内，小试管的底端略低于大试管的浓硝酸液面，并且敞ロ容器水面高于小试管的底端。
2.ー种基于权利要求1所述ニ氧化氮溶于水的定量实验装置的定量实验方法，其特征在于包括: 步骤一，纯ニ氧化氮的制取: (1)将ー支与大试管等高的底部开有小孔的小试管套入大试管内，并将它们共同插入广ロ瓶中，再向小试管中注入浓度为63%的浓硝酸，使浓硝酸液面低于管ロ约0.5cm处并保持稳定为止后，向小试管中投入一块铜片，在小试管口立即塞上橡皮塞； (2)迅速提起小试管，使其下端略低于大试管的浓硝酸液面，并用试管夹将其夹住搁在大试管口上，待反应进行到小试管内全部充满红棕色的ニ氧化氮气体； 步骤ニ，纯ニ氧化氮溶于水: (1)把已充满ニ氧化氮气体的小试管连同大试管一起从广ロ瓶中提出并置于装有水的敞ロ容器内，并使小试管的底端低于敞ロ容器水面，再把大试管拿出水面，12 16h后小试管内液面上升至满； (2)慢慢提出小试管并将其底部小孔对准干燥量筒后，拔开管ロ橡皮塞，使管内的水全部漏入量筒中，记下水的体积，水的体积即是溶于水ニ氧化氮的体积。
全文摘要
本发明公开了一种二氧化氮溶于水的定量实验装置及方法。本发明装置主要包括步骤一装置和步骤二装置，步骤一装置包括一对等高的大试管和小试管，小试管底部开有小孔，小试管套于大试管内并共同置于广口瓶中，小试管中装满浓硝酸和一块铜片，小试管的管口塞有橡皮塞，大试管与小试管的夹层也充满浓硝酸；步骤二装置是将步骤一装置中的小试管从大试管中提起并充满二氧化氮气体后与大试管共同置于装有水的敞口容器内，小试管的底端略低于大试管的浓硝酸液面，并且敞口容器水面高于小试管的底端。本发明通过步骤一制取二氧化氮，通过步骤二小试管内进入水的体积定量测定二氧化氮溶于水的体积，避免了排气集气法收集气体的不纯净性。
文档编号G09B23/24GK103117016SQ20131003609
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月30日 优先权日2013年1月30日
发明者李大塘, 刘永红, 张馨, 黄辉 申请人:湖南科技大学