探究“二氧化氮与水反应”的实验设计

摘 要: 本文通过理论探讨NO与水反应原理,设计讨论实验装置,并进行实验探究,最后得到优化实验设计方案的一个科学探究案例。

关键词: NO 与水反应 实验设计 实验探究

1.设计理念

以实验为基础是化学科的重要特征之一。化学实验对全面提高学生的科学素养有着极为重要的作用,以化学实验为主体的多种探究活动,能使学生体验科学研究的过程,激发学习化学的兴趣,强化科学探究的意识,促进学习方式的转变,培养创新精神和实践能力。因此,在教学中教师必须强化实验的功能,改变以往的实验只是起演示和辅助的作用,重视化学实验及化学实验探究,培养学生的创新思维和实验设计、实验操作的能力;同时,化学教学内容要加强与社会、生活、生产实际的联系,拓宽学生的视野;注重开阔思路,综合运用化学及其他学科的知识引导学生分析和解决有关问题。

2.提出问题

(1)根据NO气体溶于水的化学方程式:3NO+HO=2HNO+NO,2NO+O=2NO可知,①可用这个反应原理制取硝酸,②产物中NO剩余,要通过循环供给氧气才使之消耗,③实验产生有毒的NO、NO可能逸出污染环境,④给你一试管NO气体,其他药品和仪器自选,怎样设计实验才能提高NO的利用率,又不污染环境。

(2)创设情景(播放情景资料,学生认识NO的毒性和对空气的污染)

二氧化氮是一种红棕色、有强烈的刺激性的气体,吸入人体后形成硝酸、亚硝酸,使人鼻、喉部疼痛,胸部有灼烧感,进而可引起支气管炎、肺水肿、化学性肺炎。高浓度时出现呼吸困难,意识丧失而死亡。吸入200ppm的NO在短时间内就可死亡。

1952年12月5―8日骇人听闻的“伦敦烟雾事件”使飞机被迫取消航班,汽车即使白天行驶也须打开车灯,行人走路都极为困难。许多人感到呼吸困难,眼睛刺痛,流泪不止。伦敦医院由于呼吸道疾病患者剧增而一时爆满,伦敦城内到处都可以听到咳嗽声。仅仅4天时间,死亡人数达4000多人。就连当时举办的一场盛大的得奖牛展览中的350头牛也惨遭劫难。1头牛当场死亡,52头严重中毒,其中14头奄奄待毙。2个月后,又有8000多人陆续丧生。酿成伦敦烟雾事件主要的凶手有两个:冬季取暖燃煤和工业排放的烟雾是元凶,逆温层现象是帮凶。伦敦工业燃料及居民冬季取暖使用煤炭,煤炭在燃烧时,会生成水(HO)、二氧化碳(CO)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO)、二氧化氮(NO)和碳氢化合物(CxHy)等物质。

3.实验设计

(1)学生根据要求设计实验装置,写出主要操作步骤。

(2)比较、讨论:收集、展示有代表性的装置图,并由学生简要说明设计意图和主要步骤;学生比较、讨论、修正,选出好的方案。(有下列装置)

讨论:A、B没有通入空气,有NO剩余,排到空气中造成环境污染,NO没得到充分利用;

C、D、E通入了空气,能与生成的NO反应生成NO,基本符合要求;

C中通入氧气,没必要,通空气就可以了,因为空气中有1/5的氧气;

C、D中的空气通入方法:连接一个单向通的洗耳球,挤压橡皮球使空气进入。

结论:符合要求的有C、D、E。

4.实验探究

学生分三组,分别用装置C、D、E做NO与水反应的实验,观察、记录现象完成实验后,分别由三组学生口头回答下表:

表1

5.整理反思

(1)实验方案、装置设计的基本要求:科学性、安全性、可行性、简约性。

(2)根据化学反应原理,把握物质的各项理化性质,综合分析、全面考虑其它性质对此实验的影响。不但要考虑反应是否完成、产品是否生成,还要考虑有害物质的处理、反应物的充分利用、提高产量,勇于创新。

(3)化学实验方案设计需要师生紧密配合。首先,教师应具备一定科学探究的基本素养和能力,以自己的创新精神和理念培养学生的创新思维、激发学生的科学探究欲望,提高学生的科学探究能力;课堂上善于以知识提问题,然后以问题促思考、以问题促探究、以探究激兴趣。其次,教师要充分利用教书中的实验、科学探究、科学视野、科学史话、实践活动等拓展和开发学生探究、创新活动资源,充分利用实验室、日常生活用品进行科学探究活动。只有这样才能使科学探究活动更具有广泛性、适用性和创新性。

参考文献:

[1]人民教育出版社等编.普通高中课程标准实验教科书化学(必修1).北京:人民教育出版社,2007:91-92.

[2]人民教育出版社等编.普通高中课程标准(实验).北京:人民教育出版社,2007:2.

本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文