谈到储能方面,老师又拿起一块太阳能电池板,讲解道:“在储能方面,硝酸熔盐可以作为一种新型的储能材料。硝酸熔盐可以通过固态相变控制热量的释放与吸收,实现对太阳能的高效利用。氮元素在硝酸熔盐中起到了重要的作用,它可以调节熔盐的熔点和热稳定性,提高储能效率。”
关于催化领域,老师拿起一个样本,说道:“在催化方面,氮掺杂可以提高材料的性能。氮原子可以与碳原子形成特殊的化学键,改变材料的电子结构和化学性质,提高材料的催化活性和选择性。例如,氮掺杂碳材料可以用于有机催化,氮掺杂碳纳米管限域镍基催化剂可以用于析氢等方面。”
在医疗领域,老师拿起一个装有一氧化氮的气瓶,介绍说:“在医疗中,一氧化氮是一种重要的生物活性分子。它可以参与多种生理过程,如血管舒张、神经传递、免疫调节等。一氧化氮还可以用于治疗骨质疏松症等疾病。但是,一氧化氮的半衰期很短,容易与氧气发生反应,因此需要采用特殊的技术进行储存和输送。”
在军事方面,老师指着一些样品说道:“在军事中,硝酸盐及硝基化合物可以用于制备炸药和推进材料。这些物质具有高能量密度和高爆炸威力,可以用于军事武器的制造。不过,由于这些物质的性质极不稳定,难以运输和储存,因此需要采取特殊的措施进行稳定化处理。”
最后,老师强调了在制作氮元素过程中的安全事宜:“同学们,在制作氮元素的过程中,我们必须要高度重视安全。氮气虽然不可燃,但在长时间暴露于火或热的情况下,容器可能会剧烈破裂并爆炸。氮气可能会在没有警告的情况下引起头晕或窒息。液化氮气的最初比空气重,并沿地面扩散。接触氮气气体或液体可能导致灼伤、重伤和/或冻伤。这些物质在任何已知情况下都不会发生化学反应,除了在极端条件下(液氮在与点燃镁粉混合会发生剧烈反应,由于形成氮化镁)。否则,它们不可燃、不助燃且无毒。但是它们会导致窒息。如果氮气泄露,要迅速将受害者转移到新鲜空气处。如果受害者没有呼吸,要进行人工呼吸。如果呼吸困难,要及时给氧气。冻在皮肤上的衣服在脱掉之前应该先解冻。如果接触液化气体,要用温水解冻结霜的部分。安全是我们进行科学探索的重要前提,大家一定要严格遵守安全操作规程,确保自己和他人的安全。”
在介绍完氮元素的制作方法、检测方法、应用和安全事宜后,老师让学生汪鑫焱和小璇亲自尝试制作氮元素。
他们首先使用空气压缩机将空气压缩到高压状态。他们紧张而又专注地看着空气压缩机的仪表,双手微微颤抖着,不断调整着压力参数。空气压缩机发出“嗡嗡”的声音,仿佛在诉说着实验的紧张与期待。经过一段时间的努力,他们成功地将空气压缩到了高压状态,两人的脸上露出了一丝欣慰的笑容。
在操作空气压缩机的过程中,汪鑫焱和小璇格外小心。他们的眼睛紧紧盯着压力表的变化,每一次指针的微小摆动都牵动着他们的心弦。同时,他们还竖起耳朵,仔细听着空气压缩机的声音,一旦发现有任何异常声响,立即准备停止操作。他们深知,任何一个小的疏忽都可能导致实验失败,甚至引发安全事故。
接着,他们将高压空气通过冷却器,使其冷却并逐渐液化。他们全神贯注地观察着冷却器的温度变化,额头上渐渐渗出了细密的汗珠。他们小心翼翼地调整着冷却器的温度和流量,就像在精心雕琢一件珍贵的艺术品,以确保冷却效果达到最佳。他们还不时地观察冷却器的外观,生怕出现结冰或其他异常情况影响实验进程。
经过一段时间的等待,他们终于看到了液态空气的出现。那一刻,他们的眼中闪烁着兴奋的光芒,仿佛看到了自己努力的成果在一点点呈现。
然后,他们将液态空气通过分离器,根据氮气和氧气的沸点差异进行分离。他们紧张地盯着分离器的出口,心脏在胸腔里剧烈跳动,期待着纯净氮气的出现。时间仿佛在这一刻变得格外漫长,每一秒钟都充满了悬念。
在分离过程中,他们密切关注着分离器的仪表和指示灯,不放过任何一个细节。他们还不时地检查分离器的连接部位,确保没有漏气的情况发生。他们的眼神中充满了专注和谨慎,仿佛整个世界都只剩下这个实验。
终于,他们成功地收集到了一些纯净的氮气。他们兴奋地看着自己制作出的氮气,脸上洋溢着成功的喜悦。他们感受到了科学的魅力和探索的乐趣,也明白了在科学的道路上,每一个小的进步都需要付出巨大的努力和严谨的态度。
接下来,老师又向他们介绍了氮肥中含氮量的检测方法——蒸馏后滴定法。老师熟练地操作着实验仪器,展示着蒸馏后滴定法在氮肥含氮量检测中的应用:“首先,我们将氮肥样本与特定的试剂混合,在碱性介质中用定氮合金将硝酸态氮还原。在这个过程中,要严格控制好反应的温度和时间,确保反应充分进行。然后,将还原后的溶液进行蒸馏,将氨蒸馏出来。蒸馏的过程中要注意控制好温度和压力,确保氨能够完全蒸馏出来。将蒸馏出来的氨吸收在过量硫酸溶液中,在甲基红 - 亚甲基蓝混合指示剂存在下,用氢氧化钠标准滴定溶液返滴定。根据消耗的氢氧化钠标准滴定溶液的量来计算氮肥中的含氮量。这种方法可以准确地测定氮肥中的含氮量,为农业生产中的施肥提供重要依据。”
学生们在老师的指导下,认真地学习和操作着每一个步骤,他们深刻地认识到,科学不仅仅是理论知识的学习,更是实践操作和探索创新的过程。在这个过程中,他们不仅学到了关于氮元素的知识,更培养了自己的动手能力、团队协作能力和严谨的科学态度。
通过这次实验和学习,学生们对氮元素有了更全面、更深入的了解。他们知道了氮元素在各个领域的重要作用,也明白了在科学研究和实验中安全的重要性。他们带着满满的收获和对未来科学探索的憧憬,期待着在科学的道路上迈出更坚实的步伐。
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