一氧化氮与氧气反应实验的改进探索

传统的实验设计为移开充有NO气体的集气瓶或是试管，让NO气体与空气相接触，我们可以看到无色的气体变为红棕色。这样的设计简单易行，学生观察到的现象明显，因此为大多数教师采用。
　　
　　但由于一氧化氮、二氧化氮气体有毒，所以这个实验一般我们不让学生做，而是改为教师演示。新的课标要求，教师应尽可能多地创造机会让学生动手实验，以培养学生的实验能力和探究意识。我们想，能不能改进实验设计。使有毒气体处于一个封闭的体系中，这样就对环境无污染，对学生人身无伤害，也使它由一个传统的教师演示实验变成了新的学生实验。于是，我们对此实验进行了如下设计：
　　
　　方案1.
　　
　　装置：两支中间用玻璃导管、带铁夹橡皮管连接的试管，一试管中装一氧化氮，一试管中装空气。
　　

　　当我们打开橡皮管铁夹时，一氧化氮与空气中的氧气相接触，
　　
　　反应开始。这样的装置的优点是可以避免一氧化氮气体、二氧化氮气体对环境的污染，使学生实验切实可行。但在实验过程中我们发现气体只是在玻璃导管中变成红棕色，不便于学生观察。
　　
　　我分析的原因是在这个实验中要利用分子扩散的原理，而分子扩散与温度及气体的接触面积有关。此装置两气体的接触面很小，气体的扩散速度很小。因此，所观察到的实验现象并不明显。并不适合学生实验。
　　
　　由此，我提出改进方案。
　　
　　方案2.
　　
　　装置：带刻度的大注射器来，注射器前端设有带铁夹的橡皮管。
　　

　　开始我们注入一氧化氮气体。然后打开铁夹，拉动注射器活塞，吸入氧气。夹住铁夹，我们可以看到很明显颜色变化，并可以看到注射器活塞移动。
　　
　　这样的设计既考虑到了环保，又考虑到实验的效果，并且装置简单，操作方便。它优于传统的演示实验和方案1。
　　
　　此外，此实验是一个验证性实验。我们是在告诉了这红棕色的气体是二氧化氮的基础上，让学生去验证这个化学反应。那么，如果开始没有告诉学生这个反应是生成了二氧化氮，我们能不能推断出这种气体就是二氧化氮呢？这样一转换，我们就把一个验证性的实验变化为一个探究性的化学实验。
　　
　　我们仍然可采用上述装置进行实验，或用以下装置，使吸入O2的体积读数更为准确。
　　

　　由于这是个气体体积有变化的反应。我们可以控制温度、压强，从阿佛加德罗定律的推论可知，同温同压下，气体的体积之比等于其分子个数之比，而分子个数又等比于化学方程式各物质的计量数。我们假定此反应为：aNO+bO2→cX。通过注射器的刻度，我们可以得出气体的体积。我们进行三次以上（至少三次）实验，分别记录以下数据：
　　

　　通过数据我们可以计算出a、b、c的值，再根据原子守恒进而推算出X的组成。当然，这只是一种粗糙的推算，因为这儿还存在一个可逆反应。二氧化氮还可转化为四氧化二氮。但我们只要通过多次实验和控制条件是可以得出结论的。
　　