專利名稱：一種二氧化氮溶于水的定量實(shí)驗(yàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)基礎(chǔ)理論教學(xué)設(shè)備及方法領(lǐng)域，具體涉及ー種ニ氧化氮溶于水的定量實(shí)驗(yàn)裝置及方法。
背景技術(shù)：
由于NO2易與水反應(yīng)，通常采用排氣集氣法收集NO2，但這樣所收集的氣體因混有一定量空氣而不純。另外，ニ氧化氮溶于水，并與水反應(yīng):3N02+H20=2HN03+N0，據(jù)此，人們普遍認(rèn)為把裝滿NO2的試管倒立于水中，待試管內(nèi)液面平穩(wěn)后，試管內(nèi)進(jìn)入的液體是試管的三分之ニ，但實(shí)際上根本不是這個(gè)結(jié)果。反復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，純凈NO2溶于水，試管內(nèi)進(jìn)入的液體可以充滿整個(gè)試管。顯然，這與產(chǎn)生的NO溶于水、水中溶有O2及NO溶于稀硝酸有夫。因此，如何設(shè)計(jì)ー套制取收集純凈NO2反應(yīng)裝置是本發(fā)明研究的關(guān)鍵技木。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之ー在于提供一種ニ氧化氮溶于水的定量實(shí)驗(yàn)裝置，以制取NO2,并將NO2溶于水，避免了排氣集氣法所收集的氣體的不純凈性，從而實(shí)現(xiàn)純NO2溶于水定量實(shí)驗(yàn)的目的。本發(fā)明的第一個(gè)目的是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:該ニ氧化氮溶于水的定量實(shí)驗(yàn)裝置，它包括試管夾、量筒；它還包括步驟ー裝置和步驟ニ裝置，步驟ー裝置包括ー對(duì)等高的大試管和小試管，小試管底部開有小孔，小試管套于大試管內(nèi)并共同置于廣ロ瓶中，小試管中裝滿濃硝酸和一塊銅片，小試管的管ロ塞有橡皮塞，大試管與小試管的夾層也充滿濃硝酸；步驟ニ裝置是將步驟ー裝置中的小試管從大試管中提起并充滿ニ氧化氮?dú)怏w后與大試管共同置于裝有水的敞ロ容器內(nèi)，小試管的底端略低于大試管的濃硝酸液面，并且敞ロ容器水面高于小試管的底端。本發(fā)明的目的之ニ在于提供基于上述ニ氧化氮溶于水的定量實(shí)驗(yàn)裝置的定量實(shí)驗(yàn)方法，該方法包括:步驟一，純ニ氧化氮的制取:(I)將ー支與大試管等高的底部開有小孔的小試管套入大試管內(nèi)，并將它們共同插入廣ロ瓶中，再向小試管中注入濃度為63%的濃硝酸，使?jié)庀跛嵋好娴陀诠堀砑s0.5cm處并保持穩(wěn)定為止后，向小試管中投入一塊銅片，在小試管口立即塞上橡皮塞；(2)迅速提起小試管，使其下端略低于大試管的濃硝酸液面，并用試管夾將其夾住擱在大試管口上，待反應(yīng)進(jìn)行到小試管內(nèi)全部充滿紅棕色的ニ氧化氮?dú)怏w；步驟ニ，純ニ氧化氮溶于水:(I)把已充滿ニ氧化氮?dú)怏w的小試管連同大試管一起從廣ロ瓶中提出并置于裝有水的敞ロ容器內(nèi)，并使小試管的底端低于敞ロ容器水面，再把大試管拿出水面，12 16h后小試管內(nèi)液面上升至滿；(2)慢慢提出小試管并將其底部小孔對(duì)準(zhǔn)干燥量筒后，拔開管ロ橡皮塞，使管內(nèi)的水全部漏入量筒中，記下水的體積，水的體積即是溶于水ニ氧化氮的體積。本發(fā)明可靠性強(qiáng)、重現(xiàn)性好、成功率高，現(xiàn)象明顯、富有個(gè)性，藥品、材料易得，耗時(shí)短，操作便捷、安全性強(qiáng)，儀器、裝置簡單。本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)如下:( I)有效地解決了制取純凈NO2及其溶于水的定量方法。(2)有助于從理論上和實(shí)驗(yàn)中充分認(rèn)識(shí)NO2和NO的性質(zhì)。(3)開創(chuàng)了制取純凈NO2及其溶于水的定量方法。(4)深刻認(rèn)識(shí)和理解:N0能溶于稀硝酸。(5)糾正了長期傳統(tǒng)錯(cuò)誤結(jié)論。(6)對(duì)如何準(zhǔn)確掌握和靈活運(yùn)用這些知識(shí)更好地為科研、生產(chǎn)和生活服務(wù)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。(7)為如何將課堂教學(xué)與科學(xué)研究有機(jī)地結(jié)合起來發(fā)揮積極的促進(jìn)作用，也是對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化教育，拓展良好個(gè)性和創(chuàng)造性思維的有效方法。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖中a為步驟一裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中b為步驟ニ裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2、圖3為本發(fā)明實(shí)施例方法的過程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)驗(yàn)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的描述。參見圖1，本實(shí)施例的裝置包括試管夾、量筒(圖中未畫出)，還包括步驟ー裝置(圖1中a所示)和步驟ニ裝置(圖1中b所示)，步驟ー裝置包括一對(duì)等高的大試管I和小試管2，小試管2底部開有小孔，小試管2套于大試管I內(nèi)并共同置于廣ロ瓶3中，小試管2中裝滿濃硝酸4和銅片5,小試管2的管ロ塞有橡皮塞6,大試管I與小試管2的夾層也充滿濃硝酸4 ;步驟ニ裝置是將步驟ー裝置中的小試管2從大試管I中提起并充滿ニ氧化氮?dú)怏w后與大試管I共同置于裝有水的敞ロ容器7內(nèi)，小試管2的底端略低于大試管I的濃硝酸液面，并且敞ロ容器7水面高于小試管2的底端?；谏鲜鰧?shí)施例裝置的ニ氧化氮溶于水的定量實(shí)驗(yàn)方法，包括:步驟一，純ニ氧化氮的制取:(I)將與大試管I等高的底部開有小孔的小試管2套入大試管I內(nèi)，并將它們共同插入廣ロ瓶3中，再向小試管2中注入濃度為63%的濃硝酸4，使?jié)庀跛?的液面低于管ロ約0.5cm處(便于之后塞上管ロ橡皮塞)并保持穩(wěn)定為止后，向小試管2中投入銅片5，在小試管ロ立即塞上橡皮塞6 ;如圖1中a所示。其中，小試管2底部小孔的作用是:小試管2內(nèi)由于產(chǎn)生ニ氧化氮，壓強(qiáng)増大，便于硝酸排出小試管2外于大試管I中，使大試管I與小試管2中的酸液始終保持聯(lián)通，有效地避免了所制取的ニ氧化氮?dú)怏w與空氣接觸，確保了所制ニ氧化氮?dú)怏w的純凈性。(2)迅速提起小試管2，使其底端略低于大試管I的濃硝酸液面(使小試管保持其內(nèi)不進(jìn)入空氣)，并用試管夾將其夾住擱在大試管I 口上，如圖2所示；待反應(yīng)進(jìn)行到小試管2內(nèi)全部充滿紅棕色的NO2氣體，如圖3所示；該反應(yīng)過程的化學(xué)原理是:Cu+4HN03 (濃)=Cu (NO3) 2+2N02 丨(紅棕色)+2H20。步驟ニ，純ニ氧化氮溶于水:(I)連同大試管I 一起從廣ロ瓶3中提出小試管2，將其放入裝有足夠水的敞ロ容器7中，使水面高于小試管2的底端，以使小試管內(nèi)保持不進(jìn)入空氣，再把大試管I拿出水面，12 16h后小試管2內(nèi)液面上升至滿，如圖1中b所示；產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因主要有如下幾點(diǎn):①ニ氧化氮溶于水，使小試管2內(nèi)形成負(fù)壓，該過程反應(yīng)式為:3N02+H20=2HN03+N0 ；②小試管2內(nèi)所產(chǎn)生的一氧化氮與溶在水中的氧氣反應(yīng)生成ニ氧化氮，該過程反應(yīng)式為:2N0+02=2N02 ；③小試管2內(nèi)生成的ニ氧化氮又與水反應(yīng):3N02+H20=2HN03+N0，一氧化氮溶于水的總反應(yīng)式為:4N0+302+2H20=4HN03 ；④溶于敞ロ容器中的氧不斷通過小試管2底部小孔擴(kuò)散至小試管2，補(bǔ)充小試管2內(nèi)的氧源，以循環(huán)上述②、③步；⑤ー氧化氮溶于稀硝酸:小試管2內(nèi)通過上述①、③步產(chǎn)生硝酸，濃度約為
0.04mol/L。因此，12 16h后小試管2內(nèi)液面上升至滿。(2)上述反應(yīng)完成后，慢慢(g在避免小試管2脫離水面后管內(nèi)液體從小孔流出)提出小試管2并將其底部小孔對(duì)準(zhǔn)IOOmL干燥量筒后,拔開小試管2的管ロ橡皮塞6,使小試管2內(nèi)的水全部漏入量筒中，記下水的體積為39.8mL，水的體積即是溶于水ニ氧化氮的體積；(3)記錄室溫 T 為 24.5°C，大氣壓 P 為 751.5mmHg。
權(quán)利要求
1.一種ニ氧化氮溶于水的定量實(shí)驗(yàn)裝置，它包括試管夾、量筒；其特征在于:它還包括步驟ー裝置和步驟ニ裝置，步驟ー裝置包括一對(duì)等高的大試管和小試管，小試管底部開有小孔，小試管套于大試管內(nèi)并共同置于廣ロ瓶中，小試管中裝滿濃硝酸和一塊銅片，小試管的管ロ塞有橡皮塞，大試管與小試管的夾層也充滿濃硝酸；步驟ニ裝置是將步驟ー裝置中的小試管從大試管中提起并充滿ニ氧化氮?dú)怏w后與大試管共同置于裝有水的敞ロ容器內(nèi)，小試管的底端略低于大試管的濃硝酸液面，并且敞ロ容器水面高于小試管的底端。
2.ー種基于權(quán)利要求1所述ニ氧化氮溶于水的定量實(shí)驗(yàn)裝置的定量實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于包括: 步驟一，純ニ氧化氮的制取: (1)將ー支與大試管等高的底部開有小孔的小試管套入大試管內(nèi)，并將它們共同插入廣ロ瓶中，再向小試管中注入濃度為63%的濃硝酸，使?jié)庀跛嵋好娴陀诠堀砑s0.5cm處并保持穩(wěn)定為止后，向小試管中投入一塊銅片，在小試管口立即塞上橡皮塞； (2)迅速提起小試管，使其下端略低于大試管的濃硝酸液面，并用試管夾將其夾住擱在大試管口上，待反應(yīng)進(jìn)行到小試管內(nèi)全部充滿紅棕色的ニ氧化氮?dú)怏w； 步驟ニ，純ニ氧化氮溶于水: (1)把已充滿ニ氧化氮?dú)怏w的小試管連同大試管一起從廣ロ瓶中提出并置于裝有水的敞ロ容器內(nèi)，并使小試管的底端低于敞ロ容器水面，再把大試管拿出水面，12 16h后小試管內(nèi)液面上升至滿； (2)慢慢提出小試管并將其底部小孔對(duì)準(zhǔn)干燥量筒后，拔開管ロ橡皮塞，使管內(nèi)的水全部漏入量筒中，記下水的體積，水的體積即是溶于水ニ氧化氮的體積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二氧化氮溶于水的定量實(shí)驗(yàn)裝置及方法。本發(fā)明裝置主要包括步驟一裝置和步驟二裝置，步驟一裝置包括一對(duì)等高的大試管和小試管，小試管底部開有小孔，小試管套于大試管內(nèi)并共同置于廣口瓶中，小試管中裝滿濃硝酸和一塊銅片，小試管的管口塞有橡皮塞，大試管與小試管的夾層也充滿濃硝酸；步驟二裝置是將步驟一裝置中的小試管從大試管中提起并充滿二氧化氮?dú)怏w后與大試管共同置于裝有水的敞口容器內(nèi)，小試管的底端略低于大試管的濃硝酸液面，并且敞口容器水面高于小試管的底端。本發(fā)明通過步驟一制取二氧化氮，通過步驟二小試管內(nèi)進(jìn)入水的體積定量測(cè)定二氧化氮溶于水的體積，避免了排氣集氣法收集氣體的不純凈性。
文檔編號(hào)G09B23/24GK103117016SQ20131003609
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者李大塘, 劉永紅, 張馨, 黃輝 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)