銅與濃、稀硝酸反應一體化微型實驗設計

銅與濃、稀硝酸反應的實驗在普通高中化學必修1中占據非常重要的地位。通過觀察銅與濃、稀硝酸反應的實驗現象，學生可以直觀地了解硝酸的強氧化性。在常規實驗過程中，濃硝酸與銅反應非常劇烈，會在短時間內快速產生大量二氧化氮，因此實驗危險系數高，反應過程不易控制，且反應產生的尾氣污染環境。微型化學實驗是使用微型化的儀器裝置進行的化學實驗，其化學試劑用量雖然只為常規實驗用量的幾十分之一甚至幾千分之一，但其實驗效果可以達到精確、安全、方便和防止污染環境等目的，在中學化學課堂教學中有較強的操作性和很好的教學效果。

筆者利用微型化學儀器對銅與濃、稀硝酸反應進行一體化實驗設計，希望能達到更好的實驗效果。

一、實驗原理

二、實驗設計

1.實驗儀器及藥品

（1）儀器：微型操作臺一套、注射器、具支U形管、V形側泡反應管、小燒杯、止水夾、漏斗。

（2）藥品：銅片、銅絲、濃硝酸、蒸餾水、氫氧化鈉溶液。

2.實驗裝置圖（略去微型操作臺裝置部分）

3.實驗步驟及實驗現象

（1）組裝實驗儀器并檢查實驗儀器的氣密性：如圖所示組裝實驗儀器，在具支U形管中加入適量的蒸餾水，打開止水夾A、B，依次拉動注射器A、B，觀察U形管中水位的高度變化情況。若裝置氣密性良好，U形管中的水位會隨著注射器的拉動而產生左右液面高度差。

（2）添加藥品：在V形側泡反應管中加入少量銅片；在連接V形側泡反應管的注射器A中吸入少量濃硝酸（注意：注射器應加針頭，且針頭的針尖應在V形側泡反應管內，防止濃硝酸腐蝕橡膠管）；在具支U形管中加入適量的蒸餾水（水位不可過高），在具支U形管的膠塞上開一個小孔，利用小孔插入銅絲（銅絲需在水位上端）；在小燒杯中加入稀的氫氧化鈉溶液（用于尾氣吸收）。

（3）開始實驗：打開止水夾A，擠壓注射器A，將濃硝酸注入V形側泡反應管中，銅片與濃硝酸發生劇烈反應，產生大量紅棕色氣體；待反應快結束時，用一個氣球替換注射器A，關閉止水夾A；在具支U形管右端用注射器B注入部分空氣，觀察到具支U形管的右端變為紅棕色；打開止水夾B，紅棕色氣體被氫氧化鈉溶液吸收；待具支U形管右端紅棕色褪去時，關閉止水夾B，將銅絲向下伸入溶液中，使銅與稀硝酸發生反應，可觀察到銅絲表面有氣泡產生，反應一段時間后，將銅絲向上拉，反應停止；再次用注射器B注入空氣，可觀察到具支U形管右端再次變為紅棕色。

（4）結束實驗：打開止水夾A、B，讓反應殘留的一氧化氮氣體和二氧化氮氣體通入到稀氫氧化鈉溶液中，進行尾氣吸收，結束實驗。

三、該實驗設計方案的優點

1.利用微型實驗在很大程度上提高了實驗的安全性，并且節省藥品和時間，提高了在中學化學課堂應用的可能性。

2.利用V形側泡反應管進行銅與濃硝酸的反應，能很好地避免反應時由于大量的二氧化氮產生將反應液體沖出，污染橡膠管或其他連接的儀器。

3.利用注射器添加濃硝酸使得實驗更加安全，藥品添加量及添加時間得到很好的控制。

4.在銅與稀硝酸反應過程中，將銅絲制成可上下拉動的模式，能很好地控制銅絲與稀硝酸反應的開始與停止。

5.實驗中前一個反應的產物是后一個反應的反應物，這樣能充分利用資源，在短時間內完成各項反應，使得銅與濃、稀硝酸反應一體化，同時能將銅與濃、稀硝酸反應現象的不同直觀地展示出來，也更加有利于學生去理解硝酸濃度不同則氧化性不同。

6.關閉止水夾A后，用氣球替換注射器，避免了銅與濃硝酸反應產生的部分殘留氣體在V形側泡反應管中造成壓強過大擠壓注射器的情況。

7.反應過程中將二氧化氮與水反應產生的一氧化氮與鼓入的空氣反應轉化為二氧化氮，并待其吸收完畢后再進行銅與稀硝酸的反應，使得二氧化氮與水反應產生的一氧化氮和銅與稀硝酸反應產生的一氧化氮區分開來，并能分別驗證，使得裝置的利用率大大提高。

8.用氫氧化鈉稀溶液處理尾氣，可防止環境污染。

（責任編輯羅艷）