一種二氧化氮溶於水的定量實驗裝置及方法
2023-07-07 20:01:26 1
專利名稱：一種二氧化氮溶於水的定量實驗裝置及方法
技術領域：
本發明屬於化學基礎理論教學設備及方法領域，具體涉及ー種ニ氧化氮溶於水的定量實驗裝置及方法。
背景技術：
由於NO2易與水反應，通常採用排氣集氣法收集NO2，但這樣所收集的氣體因混有一定量空氣而不純。另外，ニ氧化氮溶於水，並與水反應:3N02+H20=2HN03+N0，據此，人們普遍認為把裝滿NO2的試管倒立於水中，待試管內液面平穩後，試管內進入的液體是試管的三分之ニ，但實際上根本不是這個結果。反覆實驗結果表明，純淨NO2溶於水，試管內進入的液體可以充滿整個試管。顯然，這與產生的NO溶於水、水中溶有O2及NO溶於稀硝酸有夫。因此，如何設計ー套製取收集純淨NO2反應裝置是本發明研究的關鍵技木。
發明內容
本發明的目的之ー在於提供一種ニ氧化氮溶於水的定量實驗裝置，以製取NO2,並將NO2溶於水，避免了排氣集氣法所收集的氣體的不純淨性，從而實現純NO2溶於水定量實驗的目的。本發明的第一個目的是通過如下的技術方案來實現的:該ニ氧化氮溶於水的定量實驗裝置，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等高的大試管和小試管，小試管底部開有小孔，小試管套於大試管內並共同置於廣ロ瓶中，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並充滿ニ氧化氮氣體後與大試管共同置於裝有水的敞ロ容器內，小試管的底端略低於大試管的濃硝酸液面，並且敞ロ容器水面高於小試管的底端。本發明的目的之ニ在於提供基於上述ニ氧化氮溶於水的定量實驗裝置的定量實驗方法，該方法包括:步驟一，純ニ氧化氮的製取:(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，並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，使濃硝酸液面低於管ロ約0.5cm處並保持穩定為止後，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，使其下端略低於大試管的濃硝酸液面，並用試管夾將其夾住擱在大試管口上，待反應進行到小試管內全部充滿紅棕色的ニ氧化氮氣體；步驟ニ，純ニ氧化氮溶於水:(I)把已充滿ニ氧化氮氣體的小試管連同大試管一起從廣ロ瓶中提出並置於裝有水的敞ロ容器內，並使小試管的底端低於敞ロ容器水面，再把大試管拿出水面，12 16h後小試管內液面上升至滿；(2)慢慢提出小試管並將其底部小孔對準乾燥量筒後，拔開管ロ橡皮塞，使管內的水全部漏入量筒中，記下水的體積，水的體積即是溶於水ニ氧化氮的體積。本發明可靠性強、重現性好、成功率高，現象明顯、富有個性，藥品、材料易得，耗時短，操作便捷、安全性強，儀器、裝置簡單。本發明的有益效果體現如下:( I)有效地解決了製取純淨NO2及其溶於水的定量方法。(2)有助於從理論上和實驗中充分認識NO2和NO的性質。(3)開創了製取純淨NO2及其溶於水的定量方法。(4)深刻認識和理解:N0能溶於稀硝酸。(5)糾正了長期傳統錯誤結論。(6)對如何準確掌握和靈活運用這些知識更好地為科研、生產和生活服務提供實驗依據。(7)為如何將課堂教學與科學研究有機地結合起來發揮積極的促進作用，也是對學生進行個性化教育，拓展良好個性和創造性思維的有效方法。
圖1為本發明實施例的裝置結構示意圖。其中，圖中a為步驟一裝置的結構示意圖，圖中b為步驟ニ裝置的結構示意圖。圖2、圖3為本發明實施例方法的過程示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實驗實施例對本發明作進ー步詳細的描述。參見圖1，本實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套於大試管I內並共同置於廣ロ瓶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中提起並充滿ニ氧化氮氣體後與大試管I共同置於裝有水的敞ロ容器7內，小試管2的底端略低於大試管I的濃硝酸液面，並且敞ロ容器7水面高於小試管2的底端。基於上述實施例裝置的ニ氧化氮溶於水的定量實驗方法，包括:步驟一，純ニ氧化氮的製取:(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，並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，使濃硝酸4的液面低於管ロ約0.5cm處(便於之後塞上管ロ橡皮塞)並保持穩定為止後，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內由於產生ニ氧化氮，壓強増大，便於硝酸排出小試管2外於大試管I中，使大試管I與小試管2中的酸液始終保持聯通，有效地避免了所製取的ニ氧化氮氣體與空氣接觸，確保了所制ニ氧化氮氣體的純淨性。(2)迅速提起小試管2，使其底端略低於大試管I的濃硝酸液面(使小試管保持其內不進入空氣)，並用試管夾將其夾住擱在大試管I 口上，如圖2所示；待反應進行到小試管2內全部充滿紅棕色的NO2氣體，如圖3所示；該反應過程的化學原理是:Cu+4HN03 (濃)=Cu (NO3) 2+2N02 丨(紅棕色)+2H20。步驟ニ，純ニ氧化氮溶於水:(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，使水面高於小試管2的底端，以使小試管內保持不進入空氣，再把大試管I拿出水面，12 16h後小試管2內液面上升至滿，如圖1中b所示；產生該現象的原因主要有如下幾點:①ニ氧化氮溶於水，使小試管2內形成負壓，該過程反應式為:3N02+H20=2HN03+N0 ；②小試管2內所產生的一氧化氮與溶在水中的氧氣反應生成ニ氧化氮，該過程反應式為:2N0+02=2N02 ；③小試管2內生成的ニ氧化氮又與水反應:3N02+H20=2HN03+N0，一氧化氮溶於水的總反應式為:4N0+302+2H20=4HN03 ；④溶於敞ロ容器中的氧不斷通過小試管2底部小孔擴散至小試管2，補充小試管2內的氧源，以循環上述②、③步；⑤ー氧化氮溶於稀硝酸:小試管2內通過上述①、③步產生硝酸，濃度約為
0.04mol/L。因此，12 16h後小試管2內液面上升至滿。(2)上述反應完成後，慢慢(g在避免小試管2脫離水面後管內液體從小孔流出)提出小試管2並將其底部小孔對準IOOmL乾燥量筒後,拔開小試管2的管ロ橡皮塞6,使小試管2內的水全部漏入量筒中，記下水的體積為39.8mL，水的體積即是溶於水ニ氧化氮的體積；(3)記錄室溫 T 為 24.5°C，大氣壓 P 為 751.5mmHg。
權利要求
1.一種ニ氧化氮溶於水的定量實驗裝置，它包括試管夾、量筒；其特徵在於:它還包括步驟ー裝置和步驟ニ裝置，步驟ー裝置包括一對等高的大試管和小試管，小試管底部開有小孔，小試管套於大試管內並共同置於廣ロ瓶中，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並充滿ニ氧化氮氣體後與大試管共同置於裝有水的敞ロ容器內，小試管的底端略低於大試管的濃硝酸液面，並且敞ロ容器水面高於小試管的底端。
2.ー種基於權利要求1所述ニ氧化氮溶於水的定量實驗裝置的定量實驗方法，其特徵在於包括: 步驟一，純ニ氧化氮的製取: (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，並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，使濃硝酸液面低於管ロ約0.5cm處並保持穩定為止後，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，使其下端略低於大試管的濃硝酸液面，並用試管夾將其夾住擱在大試管口上，待反應進行到小試管內全部充滿紅棕色的ニ氧化氮氣體； 步驟ニ，純ニ氧化氮溶於水: (1)把已充滿ニ氧化氮氣體的小試管連同大試管一起從廣ロ瓶中提出並置於裝有水的敞ロ容器內，並使小試管的底端低於敞ロ容器水面，再把大試管拿出水面，12 16h後小試管內液面上升至滿； (2)慢慢提出小試管並將其底部小孔對準乾燥量筒後，拔開管ロ橡皮塞，使管內的水全部漏入量筒中，記下水的體積，水的體積即是溶於水ニ氧化氮的體積。
全文摘要
本發明公開了一種二氧化氮溶於水的定量實驗裝置及方法。本發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等高的大試管和小試管，小試管底部開有小孔，小試管套於大試管內並共同置於廣口瓶中，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並充滿二氧化氮氣體後與大試管共同置於裝有水的敞口容器內，小試管的底端略低於大試管的濃硝酸液面，並且敞口容器水面高於小試管的底端。本發明通過步驟一製取二氧化氮，通過步驟二小試管內進入水的體積定量測定二氧化氮溶於水的體積，避免了排氣集氣法收集氣體的不純淨性。
文檔編號G09B23/24GK103117016SQ20131003609
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月30日 優先權日2013年1月30日
發明者李大塘, 劉永紅, 張馨, 黃輝 申請人:湖南科技大學