銅與硝酸反應實驗的微型化改進

周兆勇

一、教材中銅與硝酸的反應裝置和優(yōu)缺點

實驗1教材實驗裝置如圖1所示，在具支試管的底部放銅片，借助于分液漏斗向試管中加2 mL的濃硝酸，收集氣體采用的是排水集氣法，引導學生對實驗現(xiàn)象進行觀察。

實驗2仍用圖1所示的裝置，借助于分液漏斗向試管中加5 mL H2O用來稀釋HNO3，繼續(xù)采用排水集氣法收集氣體，引導學生對實驗現(xiàn)象進行觀察。

圖1實驗優(yōu)點：借助于同一個實驗裝置完成了Cu與濃、稀HNO3的反應，節(jié)約了藥品，同時也便于操作，實驗教學時間縮短。

不足之處：

(1)實驗采用的排水集氣法,NO2氣體收集效率低。

(2)反應結束后,在裝置內還存在多余的氣體，只要取下橡皮塞,NO2氣體會立刻外溢，造成對教室環(huán)境的污染。

(3)從實驗裝置來看，銅片浸于濃硝酸中，所以反應快慢無法控制，產生的氣體量通常較大,造成藥品的浪費,與綠色實驗理念背離。

（4）借助于圖1的實驗裝置，最后說Cu與稀HNO3反應生成的氣體是NO，這個結論有點牽強。問題在于最后借助于排水集氣法得到的NO氣體是怎么來的呢？學生會認為存在著2種可能性：其一，先前Cu與濃HNO3反應后，在裝置中有NO2氣體未能完全排盡與后來所加的H2O發(fā)生反應生成NO；其二是Cu與加H2O稀釋后稀硝酸反應生成了NO，而直接解釋為后種結論說服力不強。

二、濃硝酸、稀硝酸跟銅反應的微型化設計

1.實驗裝置

裝置如圖2所示。

圖22．實驗內容

將2片銅片分別置于U形管和具支試管內，向U形管內加入水直到彎管部分被完全浸沒形成液封，接著用套有乳膠管的尖嘴管將U形管的細管口塞住。

實驗1將4～5滴濃硝酸滴入具支試管讓其與具支試管中的銅片發(fā)生反應。可以觀察到的實驗現(xiàn)象：

（1）溶液由無色變?yōu)樗{綠色，說明生成了硝酸銅；

（2）還可以看到紅棕色氣體，生成NO2；

（3）用手去摸試管的底部，有燙手的感覺，說明是放熱反應。

實驗2經乳膠管紅棕色氣體擴散并漸漸充滿了U形管的大管端，NO2氣體不斷地溶解于U形管內液封的水中生成稀硝酸，可以觀察的實驗現(xiàn)象：U形管里銅片與水原來不反應，此時在其表面不斷有小氣泡生成，U形管小端的氣體仍然無色，說明了銅與稀硝酸作用（NO2氣體與水的反應產物）生成了無色的氣體NO。

實驗3實驗2中當U形管小端里的NO氣體濃度比較高的時侯，借助于一支多用滴管對準尖嘴管上方的乳膠管口吸氣，可以觀察到的實驗現(xiàn)象：多用滴管內很快出現(xiàn)了紅棕色的氣體，說明U形管小管端的無色氣體NO被吸入多用滴管后與滴管里的空氣反應生成紅棕色的NO2氣體，進一步證實無色氣體為NO。

設計實驗時如果缺乏科學的態(tài)度和方法，稍有疏忽就會出現(xiàn)科學性錯誤，這是不被允許的。所以在實驗原理、實驗裝置、實驗操作等方面一定要考慮周詳，以免出現(xiàn)科學性的錯誤。微型實驗的優(yōu)點就是試劑用量少、效果明顯、實驗安全。所以要求設計實驗方案時要求實驗方案簡單，用試劑少，時間短，效果好。同時微型實驗設計時要盡可能不用危險品、減少用量、減少三廢，提高實驗的安全程度。當然，微型化學實驗的設計不是對常規(guī)實驗的簡單縮小，我們在實驗設計時，要真正地理解實驗目的、實驗理論和實驗要求，在此基礎上對傳統(tǒng)的、復雜的實驗進行科學的創(chuàng)新。

(收稿日期：2014-01-20)

一、教材中銅與硝酸的反應裝置和優(yōu)缺點

實驗1教材實驗裝置如圖1所示，在具支試管的底部放銅片，借助于分液漏斗向試管中加2 mL的濃硝酸，收集氣體采用的是排水集氣法，引導學生對實驗現(xiàn)象進行觀察。

實驗2仍用圖1所示的裝置，借助于分液漏斗向試管中加5 mL H2O用來稀釋HNO3，繼續(xù)采用排水集氣法收集氣體，引導學生對實驗現(xiàn)象進行觀察。

圖1實驗優(yōu)點：借助于同一個實驗裝置完成了Cu與濃、稀HNO3的反應，節(jié)約了藥品，同時也便于操作，實驗教學時間縮短。

不足之處：

(1)實驗采用的排水集氣法,NO2氣體收集效率低。

(2)反應結束后,在裝置內還存在多余的氣體，只要取下橡皮塞,NO2氣體會立刻外溢，造成對教室環(huán)境的污染。

(3)從實驗裝置來看，銅片浸于濃硝酸中，所以反應快慢無法控制，產生的氣體量通常較大,造成藥品的浪費,與綠色實驗理念背離。

（4）借助于圖1的實驗裝置，最后說Cu與稀HNO3反應生成的氣體是NO，這個結論有點牽強。問題在于最后借助于排水集氣法得到的NO氣體是怎么來的呢？學生會認為存在著2種可能性：其一，先前Cu與濃HNO3反應后，在裝置中有NO2氣體未能完全排盡與后來所加的H2O發(fā)生反應生成NO；其二是Cu與加H2O稀釋后稀硝酸反應生成了NO，而直接解釋為后種結論說服力不強。

二、濃硝酸、稀硝酸跟銅反應的微型化設計

1.實驗裝置

裝置如圖2所示。

圖22．實驗內容

將2片銅片分別置于U形管和具支試管內，向U形管內加入水直到彎管部分被完全浸沒形成液封，接著用套有乳膠管的尖嘴管將U形管的細管口塞住。

實驗1將4～5滴濃硝酸滴入具支試管讓其與具支試管中的銅片發(fā)生反應。可以觀察到的實驗現(xiàn)象：

（1）溶液由無色變?yōu)樗{綠色，說明生成了硝酸銅；

（2）還可以看到紅棕色氣體，生成NO2；

（3）用手去摸試管的底部，有燙手的感覺，說明是放熱反應。

實驗2經乳膠管紅棕色氣體擴散并漸漸充滿了U形管的大管端，NO2氣體不斷地溶解于U形管內液封的水中生成稀硝酸，可以觀察的實驗現(xiàn)象：U形管里銅片與水原來不反應，此時在其表面不斷有小氣泡生成，U形管小端的氣體仍然無色，說明了銅與稀硝酸作用（NO2氣體與水的反應產物）生成了無色的氣體NO。

實驗3實驗2中當U形管小端里的NO氣體濃度比較高的時侯，借助于一支多用滴管對準尖嘴管上方的乳膠管口吸氣，可以觀察到的實驗現(xiàn)象：多用滴管內很快出現(xiàn)了紅棕色的氣體，說明U形管小管端的無色氣體NO被吸入多用滴管后與滴管里的空氣反應生成紅棕色的NO2氣體，進一步證實無色氣體為NO。

設計實驗時如果缺乏科學的態(tài)度和方法，稍有疏忽就會出現(xiàn)科學性錯誤，這是不被允許的。所以在實驗原理、實驗裝置、實驗操作等方面一定要考慮周詳，以免出現(xiàn)科學性的錯誤。微型實驗的優(yōu)點就是試劑用量少、效果明顯、實驗安全。所以要求設計實驗方案時要求實驗方案簡單，用試劑少，時間短，效果好。同時微型實驗設計時要盡可能不用危險品、減少用量、減少三廢，提高實驗的安全程度。當然，微型化學實驗的設計不是對常規(guī)實驗的簡單縮小，我們在實驗設計時，要真正地理解實驗目的、實驗理論和實驗要求，在此基礎上對傳統(tǒng)的、復雜的實驗進行科學的創(chuàng)新。

(收稿日期：2014-01-20)

一、教材中銅與硝酸的反應裝置和優(yōu)缺點

實驗1教材實驗裝置如圖1所示，在具支試管的底部放銅片，借助于分液漏斗向試管中加2 mL的濃硝酸，收集氣體采用的是排水集氣法，引導學生對實驗現(xiàn)象進行觀察。

實驗2仍用圖1所示的裝置，借助于分液漏斗向試管中加5 mL H2O用來稀釋HNO3，繼續(xù)采用排水集氣法收集氣體，引導學生對實驗現(xiàn)象進行觀察。

圖1實驗優(yōu)點：借助于同一個實驗裝置完成了Cu與濃、稀HNO3的反應，節(jié)約了藥品，同時也便于操作，實驗教學時間縮短。

不足之處：

(1)實驗采用的排水集氣法,NO2氣體收集效率低。

(2)反應結束后,在裝置內還存在多余的氣體，只要取下橡皮塞,NO2氣體會立刻外溢，造成對教室環(huán)境的污染。

(3)從實驗裝置來看，銅片浸于濃硝酸中，所以反應快慢無法控制，產生的氣體量通常較大,造成藥品的浪費,與綠色實驗理念背離。

（4）借助于圖1的實驗裝置，最后說Cu與稀HNO3反應生成的氣體是NO，這個結論有點牽強。問題在于最后借助于排水集氣法得到的NO氣體是怎么來的呢？學生會認為存在著2種可能性：其一，先前Cu與濃HNO3反應后，在裝置中有NO2氣體未能完全排盡與后來所加的H2O發(fā)生反應生成NO；其二是Cu與加H2O稀釋后稀硝酸反應生成了NO，而直接解釋為后種結論說服力不強。

二、濃硝酸、稀硝酸跟銅反應的微型化設計

1.實驗裝置

裝置如圖2所示。

圖22．實驗內容

將2片銅片分別置于U形管和具支試管內，向U形管內加入水直到彎管部分被完全浸沒形成液封，接著用套有乳膠管的尖嘴管將U形管的細管口塞住。

實驗1將4～5滴濃硝酸滴入具支試管讓其與具支試管中的銅片發(fā)生反應。可以觀察到的實驗現(xiàn)象：

（1）溶液由無色變?yōu)樗{綠色，說明生成了硝酸銅；

（2）還可以看到紅棕色氣體，生成NO2；

（3）用手去摸試管的底部，有燙手的感覺，說明是放熱反應。

實驗2經乳膠管紅棕色氣體擴散并漸漸充滿了U形管的大管端，NO2氣體不斷地溶解于U形管內液封的水中生成稀硝酸，可以觀察的實驗現(xiàn)象：U形管里銅片與水原來不反應，此時在其表面不斷有小氣泡生成，U形管小端的氣體仍然無色，說明了銅與稀硝酸作用（NO2氣體與水的反應產物）生成了無色的氣體NO。

實驗3實驗2中當U形管小端里的NO氣體濃度比較高的時侯，借助于一支多用滴管對準尖嘴管上方的乳膠管口吸氣，可以觀察到的實驗現(xiàn)象：多用滴管內很快出現(xiàn)了紅棕色的氣體，說明U形管小管端的無色氣體NO被吸入多用滴管后與滴管里的空氣反應生成紅棕色的NO2氣體，進一步證實無色氣體為NO。

設計實驗時如果缺乏科學的態(tài)度和方法，稍有疏忽就會出現(xiàn)科學性錯誤，這是不被允許的。所以在實驗原理、實驗裝置、實驗操作等方面一定要考慮周詳，以免出現(xiàn)科學性的錯誤。微型實驗的優(yōu)點就是試劑用量少、效果明顯、實驗安全。所以要求設計實驗方案時要求實驗方案簡單，用試劑少，時間短，效果好。同時微型實驗設計時要盡可能不用危險品、減少用量、減少三廢，提高實驗的安全程度。當然，微型化學實驗的設計不是對常規(guī)實驗的簡單縮小，我們在實驗設計時，要真正地理解實驗目的、實驗理論和實驗要求，在此基礎上對傳統(tǒng)的、復雜的實驗進行科學的創(chuàng)新。

(收稿日期：2014-01-20)