“銅與濃硝酸反應”演示實驗的改進

吳 鵬

（江蘇省鎮江第一中學 江蘇 鎮江 212016）

一、問題的提出

在講解“硝酸的強氧化性”時，有兩個重要的演示實驗，即金屬銅分別與濃硝酸、稀硝酸反應。 各種版本教材上的演示實驗各不相同：比如魯科版教材中，只是在反應的試管口放蘸有氫氧化鈉溶液的棉花，這很難防止氣體的散逸。 而在蘇教版教材是用分液漏斗加硝酸，不會有氣體溢出，生成的氣體用排水法收集，一定程度上做到了尾氣處理，但在反應過程中無法做到使實驗即時停止。 這些設計既不利于學生近距離觀察，在實驗過程中又總有一定量的氮氧化物排入空氣，學生忌憚于它們的毒性，會產生畏懼感，從而導致教材上演示實驗的教學功能被削弱。 如何既能讓學生看得清楚明白，又能消除氮氧化物的污染，這就要求在實驗裝置上進行大膽的改進。

二、設計原理

銅與濃硝酸的反應要在一個相對封閉的容器中進行，才可以消除氮氧化物的散逸，既然分液漏斗可以用旋塞控制液體的流量，同樣也可以防止氣體的泄露，這是我的第一個靈感。 另一個靈感來源于實際操作中，我還發現在反應后可以再次利用分液漏斗做倒吸實驗，明顯的倒吸現象正是氮氧化物相互轉化的生動表現，這讓我激動不已。 具體的操作看下面的步驟說明。

三、改進的實驗裝置及操作步驟

1． 檢查裝置的氣密性及檢漏

在分液漏斗的上口塞緊插有銅絲的橡膠塞，打開玻璃旋塞，將下口伸入水中，用手捂住上部，若下口處出現氣泡，松開手，形成一段水柱，則說明該分液漏斗氣密性良好。 至于檢漏，向分液漏斗加水，只要玻璃旋塞處及塞著橡皮塞的上口不漏水即可。

2． 銅絲與濃硝酸接觸反應

按照圖1 所示， 將分液漏斗放在鐵圈中， 關閉玻璃旋塞， 向分液漏斗中加入硝酸，將插入銅絲的橡膠塞塞緊上口。抽動銅絲將其伸入濃硝酸中， 讓銅絲接觸硝酸發生反應。銅絲與濃硝酸反比較劇烈，立即產生大量紅棕色氣體，溶液呈藍綠色。銅絲與濃硝酸反應一段時間后，要將銅絲抽出，脫離酸液，反應立即停止。

3． 倒吸實驗

打開玻璃旋塞，用蒸餾水接收反應后的溶液，溶液變成藍色。 當漏斗中的液體幾乎全部放出時，關閉旋塞。 隨即將漏斗下口伸入水中（按圖2 所示），再次打開旋塞，并輕輕搖晃漏斗， 你就會看到有水倒吸入漏斗中，液面不斷上升，紅棕色逐漸消失。 待氣體顏色褪盡，關閉玻璃旋塞，用注射器刺穿橡膠塞，向分液漏斗內推入空氣，氣體變為淺紅棕色。

4． 尾氣處理

將分液漏斗的旋塞關閉， 待課后帶入實驗室，在通風櫥中處理尾氣。

四、改進實驗的優點

1． 分液漏斗相對封閉， 很好地避免氣體的散逸，環保效果十分明顯，充分體現綠色化學的思想。

2． 容器容積相對較大，學生看得清清楚楚。 還可以將分液漏斗從鐵架臺上取下，拿到學生中去近距離觀察，學生印象十分深刻。

3． 通過抽動銅絲可以很好地控制反應進程，做到隨時停止反應。

4． 倒吸等實驗現象強化了學生對氮氧化物轉化的認識。

五、說明

圖1

圖2

1． 銅與濃硝酸反應時間不宜過長，看到明顯的現象即可抽出銅絲。 畢竟是在相對封閉的容器中進行的制氣實驗，分液漏斗的氣壓不能過大。

2． 將反應后的溶液放出時動作要快，避免紅棕色氣體外逸。

3． 在做倒吸實驗時，要輕輕搖晃漏斗，但要注意下口必須浸沒于水中。