銅與濃\\稀硝酸反應演示實驗的改進

人教版高中化學教科書第二冊第一單元第三節銅與硝酸反應的演示實驗是在試管里各放入一小塊銅片，分別注入濃、稀硝酸，用導管將產生的氣體通入NaOH溶液中，通過此實驗說明硝酸具有強氧化性，并通過觀察產生的氣體顏色證明濃、稀硝酸還原產物不同。

一、改進實驗的原因

第一，實驗現象不夠明顯。銅與稀硝酸反應在試管中進行，由于試管中有空氣，使產生的無色的NO氣體很快被氧化為紅棕色的NO2，因而在實驗中很難看到NO為無色這一現象，也不便觀察無色的NO遇空氣變成紅棕色的現象。

第二，實驗的嚴密性不夠。因為試管中有空氣，不能由觀察到紅棕色氣體的產生，就直接斷定濃硝酸的還原產物一定是NO2。

第三，尾氣處理不夠徹底。銅與濃硝酸反應結束后，NO2氣體不能完全排出，殘留在試管中，拆卸裝置時這些氣體就會彌漫在實驗場所中。在銅與稀硝酸反應的演示實驗中，要求將膠塞打開，觀察NO全部轉變為NO2的現象，這樣NO、NO2氣體就直接排放于實驗場所。這些氣體嚴重影響著師生的身體健康，不符合綠色化學實驗的要求。

二、實驗改進的思路

第一，用CO2排盡裝置內的氣體，使銅和濃、稀硝酸的反應都在無氧氣的條件下進行，防止O2對實驗現象的干擾。

第二，為防止NO、NO2對環境的污染，采用密閉體系實驗。銅和濃硝酸反應后，用CO2將裝置內的NO2全部排出，用NaOH溶液吸收;銅和稀硝酸反應后，往裝置中通入O2，可以看到無色氣體變成紅棕色氣體的明顯現象。同時，不斷通入的O2可以將NO全部轉化為NO2并排到NaOH溶液中。實驗中NO、NO2沒有散逸到空氣中，符合環保要求。

三、改進后的實驗

1.實驗裝置圖

2.實驗儀器和藥品

(1)儀器:具支試管(1支)、250mL分液漏斗(2個)、長頸漏斗(1個)、錐形瓶(2個)、250mL燒杯(1個)，彈簧夾(3個)、橡膠導管、玻璃導管、鐵架臺，玻璃棒等。

(2)藥品:濃硝酸(69%)、稀硝酸(1∶4)、銅絲和銅片、大理石(或石灰石)、稀鹽酸、二氧化錳、雙氧水(15%)、氫氧化鈉溶液(10%)、蒸餾水。

3.實驗步驟和現象

(1)在A的錐形瓶中放入適量大理石，B的分液漏斗中加入少量濃硝酸，C中盛氫氧化鈉溶液。

(2)在A的長頸漏斗中注入稀鹽酸，打開彈簧夾K1、K2、K3，通一段時間CO2，以排盡裝置內的空氣。

(3)關閉夾K1、K2，打開分液漏斗①的活塞，將濃硝酸滴入試管中，關閉活塞。此時B試管中反應較劇烈，有紅棕色氣體產生，該氣體是NO2，溶液呈藍色。

(4)當B試管中有1/2體積的紅棕色氣體時，將銅絲提起，反應停止，打開夾K1、K2，待燒瓶中氣體的顏色幾乎為無色時，關閉夾K1、K2。從分液漏斗①中向B試管中加入適量稀硝酸，關閉分液漏斗的活塞。關閉夾K3，將銅絲插入稀硝酸中，此時，銅絲和稀硝酸反應比較緩慢，銅絲周圍產生氣泡，有無色氣體生成，該氣體是NO。

(5)D中錐形瓶中放少量MnO2，分液漏斗②中加入雙氧水，將A裝置從K1處斷開，接上D裝置。銅與稀硝酸反應一段時間后，將銅絲提起離開稀硝酸，打開D中分液漏斗的活塞，打開K2、K3，觀察到B試管中無色氣體變紅棕色。繼續通氧氣直至B試管中氣體全部為無色。

四、實驗改進后的優點

第一，改進后的實驗保留了教材中原有的性質實驗，但反應在無氧氣的條件下進行，使學生真正觀察到濃、稀硝酸的還原產物。

第二，整個實驗都貫穿了綠色化學的思想，實驗過程在全封閉系統中進行，實驗中產生的NO2和NO(被氧氣氧化為NO2)幾乎完全被氫氧化鈉溶液吸收，阻止了NO、NO2進入大氣，在實驗過程中幾乎沒有毒氣散發在實驗場所的空氣里，避免污染環境，增強了學生的環保意識。

第三，這套裝置使原本兩個分開獨立操作的實驗統一在同一系統中前后進行，操作簡便、對比現象明顯，有利于學生觀察，很有力地說明了濃硝酸與稀硝酸、NO與NO2的區別與聯系。

第四，能清晰地觀察NO被氧化變色的過程，驗證了NO極易被氧化的性質。

第五，改進后的實驗，讓學生回顧了實驗室制O2和CO2的發生裝置，了解啟普發生器的使用原理，還讓學生學會了排凈實驗裝置中空氣的方法。

第六，改進后的實驗裝置可以隨時終止反應，能較好地控制產生的NO、NO2的量，以達到最佳的實驗效果。

(責任編輯 廖銀燕)