銅與硝酸反應實驗的質疑和探究

文章編號:1005-6629(2010)05-0015-02 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:C

人教版高二化學課本第一章第三節“硝酸”中有一驗證硝酸的氧化性的實驗:銅與硝酸的反應，實驗裝置如圖1所示。

實驗操作:在兩支試管中各放入一小塊銅片，分別加入少量濃硝酸和稀硝酸，立即用帶導管的活塞塞緊試管口，并將導管通入另一盛有NaOH溶液的試管中，觀察發生的現象。反應片刻后將加稀硝酸的試管上的活塞取下，使空氣進入試管，觀察發生的現象。

預期實驗現象:加入濃硝酸的試管中，銅片溶解，較快產生紅棕色氣體，溶液逐漸變藍;加入稀硝酸的試管中，銅片溶解，緩慢產生無色氣體，溶液逐漸變藍，當空氣進入試管后，試管上部的無色氣體變為紅棕色。

本實驗的目的是要通過以上“預期實驗現象”驗證濃硝酸與銅反應生成Cu(N03)2與NO2; 稀硝酸與銅反應生成Cu(NO3)2與NO， NO遇空氣生成NO2。

在實際實驗中學生觀察到稀硝酸與銅反應后的溶液的確呈藍色，但濃硝酸與銅反應后的溶液卻呈綠色。課堂上，針對這種現象學生提出了質疑，順著學生的疑問，我鼓勵、引導學生進行了廣泛討論，學生提出了許多假設，最終歸納成兩種不同意見:一種認為是Cu2+濃度差異造成的。另一種意見是:溶液呈綠色是Cu2+與NO2混合的結果。

為了證實上述觀點，學生進一步設計實驗進行了探究。

持第一種意見的同學設計的實驗及觀察到的現象:(1)取適量Cu(NO3)2固體于小燒杯中， 加適量水使部分會固體溶解。 (2)過濾(1)所得的混合物得Cu(NO3)2飽和溶液，觀察到Cu(NO3)2飽和溶液呈藍色。(3)將(2)所得飽和溶液分成兩等份于兩只試管中，向其中一支試管中慢慢加水稀釋，并與另一支試管中的原飽和溶液比較顏色，可觀察到稀釋過程中溶液顏色一直為藍色。

結論:驗證了銅與濃、稀硝酸反應溶液顏色不同并不是Cu2+濃度差異引起的。

持第二種意見的同學設計的實驗及觀察到的現象:(1)取一支具支試管，支管上緊系一個氣球(如圖2所示)。(2)取少量濃硝酸與銅反應的綠色溶液置于此裝置中，立即用橡膠塞塞緊試管口。(3)用酒精燈加熱試管，觀察到綠色溶液受熱時，試管中液面上出現棕色氣體，氣球慢慢膨脹，綠色溶液變成了藍色。(4)撤去酒精燈，等溶液冷卻后觀察到鼓起的氣球慢慢變癟，溶液的顏色又從藍色變為綠色。

結論:驗證了第二種觀點是正確的:因濃硝酸濃度大，氧化性強，反應快，生成的NO2氣體部分溶解在溶液中，與生成的Cu2+形成綠色溶液(NO2溶于濃硝酸會呈黃色)。

另外，采用圖1裝置進行稀硝酸與銅的反應時，不易觀察到有無色的NO氣體產生，學生對此產生質疑:Cu與濃、稀HNO3反應還原產物究竟是什么氣體?學生再一次展開了討論，大多數同學的觀點是:由于試管內的空氣不易排出，生成的NO溢出液面立即被氧化成紅棕色的NO2，導致觀察不到有無色氣體產生。另有少數學生認為:Cu與濃、稀HNO3反應產物相同， 都是 Cu(NO3)2與NO2，不同的是稀硝酸與銅反應比較緩慢。為此，在老師指導下學生對實驗裝置進行了改進(如圖3)，采用改進后的裝置進行實驗，達到了較理想的效果。

改進實驗的操作及現象:(1)將分液漏斗的活塞打開，從J型管的長管口注入稀硝酸，一直注到液面至分液漏斗的活塞處，即左管液面上不再留有氣泡為止，保證銅絲與稀硝酸接觸時無空氣。(2)關閉活塞，用灑精燈在J型管的短管一側稍微加熱，當銅絲上有氣泡產生時立即撤燈。可觀察到銅絲與稀硝酸反應生成的氣體將液體壓向長管，使銅絲與稀硝酸脫離接觸時，反應自行停止，在J型管的短管內可觀察到有無色氣體。(3)再將活塞慢慢打開，可立即觀察到分液漏斗內有紅棕色氣體出現。

由此說明，銅與濃、稀硝酸反應，還原產物分別為NO2和NO。

實驗教學的目的不僅僅是為了記住知識，還要讓學生學會如何發現問題，以及嘗試著找到解決問題的方法。這樣一來，不僅使他們能夠很好地理解所學知識，還通過自己的參與將知識轉化為能力。因此，上述探究實驗在設計理論上很好的體現了“過程和結論都重要”的新課程理念。