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二氧化氮是一种重要的无机化合物，分子式为NO₂。它是一种红棕色的有毒气体，具有强烈的刺激性气味。二氧化氮在工业上主要用于制备硝酸，也可作为氧化剂使用。由于其重要的化学性质和广泛用途，我们需要学习如何在实验室中安全地制备这种气体。
实验室制备二氧化氮主要采用铜与浓硝酸反应的方法。反应方程式为：铜加四倍浓硝酸，生成硝酸铜、二氧化氮气体和水。这是一个氧化还原反应，铜失去电子被氧化成铜离子，浓硝酸得到电子被还原生成二氧化氮。选择这个反应是因为反应条件温和，产物纯度高，且容易控制反应速度。
实验装置主要由四部分组成：圆底烧瓶作为反应容器，放入铜片并加入浓硝酸；导气管用于引导产生的二氧化氮气体；试管作为收集容器；酒精灯提供适当的加热。由于二氧化氮密度比空气大，采用向下排空气法收集。整个实验必须在通风橱中进行，确保安全。装置设计简单实用，便于观察反应过程和收集产物。
实验操作分为四个关键步骤。首先，在圆底烧瓶中放入铜片作为反应物。第二步，缓慢加入浓硝酸，注意控制加入速度避免反应过于剧烈。第三步，用酒精灯轻微加热促进反应进行，此时可观察到红棕色的二氧化氮气体产生。最后一步，利用二氧化氮密度大于空气的特点，用向下排空气法收集气体。整个过程要严格控制反应条件，确保实验安全有效进行。
二氧化氮是一种重要的化学试剂，呈棕色气体状态，具有刺激性气味和强氧化性。它易溶于水，在实验室中有多种制备方法。今天我们来学习二氧化氮的实验室制法，了解反应原理、实验装置和安全注意事项。
二氧化氮的实验室制备有三种主要方法。第一种是铜与稀硝酸反应，先生成一氧化氮，再与空气中氧气化合生成二氧化氮。第二种是加热浓硝酸分解，直接产生二氧化氮、水和氧气。第三种是加热硝酸铅分解，生成氧化铅、二氧化氮和氧气。这些反应都会产生棕色的二氧化氮气体。
实验装置主要由四部分组成。圆底烧瓶作为反应容器，能够耐高温。酒精灯提供热源，用于加热反应物。导气管用于引导产生的气体，连接各个装置。收集装置采用向上排空气法，用棕色瓶收集二氧化氮，因为二氧化氮密度比空气大，且见光易分解。
实验操作需要按照规范步骤进行。首先检查装置的气密性，确保装置密封良好。然后在圆底烧瓶中加入硝酸铅固体或浓硝酸。连接好导气管，将其插入收集瓶底部。开始加热时要先预热，逐渐升温。二氧化氮密度大于空气，采用向上排空气法收集。实验结束时，要先撤掉酒精灯，停止加热，再拔出导气管，防止倒吸。
实验安全和环保是二氧化氮制备实验的重要环节。必须在通风橱中操作，佩戴防护眼镜和手套，小心处理浓硝酸。产生的二氧化氮有毒，需要用氢氧化钠溶液吸收尾气，反应生成硝酸钠和水，避免有害气体排放到环境中。严格遵守安全操作规程，既保护实验者安全，也体现了绿色化学的理念。