銀鏡反應(yīng)和后續(xù)處理的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

王秀閣

摘要：針對(duì)銀鏡反應(yīng)水浴加熱溫度不易掌控、裝置較復(fù)雜、銀單質(zhì)在試管內(nèi)壁上附著不均勻、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后用硝酸清洗銀單質(zhì)易產(chǎn)生有毒氣體等缺點(diǎn)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)采用正交試驗(yàn)法得到不需要加熱的銀鏡反應(yīng)實(shí)驗(yàn)最佳條件，以及用氯化鐵溶液或雙氧水處理銀鏡的新方法，具有方便快捷，操作安全，產(chǎn)物無(wú)毒害等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：銀鏡反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；優(yōu)化；后處理

文章編號(hào)：1005–6629（2015）4–0057–04 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

銀鏡反應(yīng)是醛類(lèi)有機(jī)物的典型性質(zhì)，把它作為演示實(shí)驗(yàn)用于課堂教學(xué)可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的激情，加深對(duì)醛基性質(zhì)的理解。如何控制銀鏡反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件，使之在短短的1分鐘之內(nèi)無(wú)需加熱而顯現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以及綠色化處理反應(yīng)后殘留在試管內(nèi)壁上的銀等問(wèn)題，應(yīng)引起我們一線(xiàn)教師與學(xué)生重視。

1 銀鏡實(shí)驗(yàn)的最佳反應(yīng)條件探討

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

2%硝酸銀溶液：用天平稱(chēng)取1g AgNO3粉末并加49mL蒸餾水溶解，轉(zhuǎn)入試劑瓶中保存。

2%氨水：取10mL濃氨水于燒杯中，加入130mL蒸餾水稀釋得到2%氨水溶液，轉(zhuǎn)入試劑瓶中保存。

20%氫氧化鈉溶液：稱(chēng)取10g NaOH固體，加40mL蒸餾水溶解，轉(zhuǎn)入試劑瓶中保存。

4%葡萄糖溶液：稱(chēng)取2g葡萄糖粉末，加48mL蒸餾水溶解，轉(zhuǎn)入試劑瓶中保存。

1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

從制約銀鏡反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的條件出發(fā)[1]，針對(duì)銀鏡反應(yīng)的主要影響因素，設(shè)置不同水平，采用三因素三水平進(jìn)行試驗(yàn)，見(jiàn)表1。

設(shè)置三因素三水平的正交試驗(yàn)表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先在潔凈的試管里加入正交試驗(yàn)表中所需用量的2%硝酸銀溶液，同時(shí)滴加2%的稀氨水，邊滴邊振蕩試管，直到析出的沉淀恰好溶解（制得澄清的銀氨溶液），向盛有銀氨溶液的試管中滴入正交試驗(yàn)所需用量的4%葡萄糖溶液和NaOH溶液，迅速用pH試紙測(cè)量此時(shí)溶液的pH并記錄。塞上膠塞，劇烈振蕩試管1min，觀(guān)察到試管內(nèi)壁有光亮的銀鏡產(chǎn)生，對(duì)銀鏡進(jìn)行評(píng)分并記錄。

生成銀鏡的外觀(guān)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明如下。生成大量銀，銀鏡均勻，銀層較厚致密，效果最佳，記錄90～100分；生成較多的銀，銀鏡較均勻，效果較好，記錄80～90分；生成較少的銀，且不均勻，有部分斑點(diǎn)或渾濁，效果較差，記錄70～80分；生成極少的銀，且非常不均勻，大部分黑點(diǎn)或渾濁，效果差，記錄60～70分。銀鏡反應(yīng)的正交試驗(yàn)及結(jié)果見(jiàn)表2。

1.4 實(shí)驗(yàn)效果描述

根據(jù)正交試驗(yàn)表進(jìn)行9組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀(guān)察到的實(shí)驗(yàn)效果描述如表3。

1.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

傳統(tǒng)方法采用水浴加熱時(shí)保持試管靜置，生成的銀鏡僅能覆蓋溶液浸潤(rùn)的部分（約為試管高度的1/5），并且需要使用控溫水浴裝置，裝置繁瑣，不適于課堂演示實(shí)驗(yàn)。改進(jìn)方法不需要加熱，只需適量氨水、2%硝酸銀溶液3mL、20% NaOH溶液4滴、4%葡萄糖溶液1mL，通過(guò)快速上下垂直振蕩橡膠塞塞緊的試管，以便增加反應(yīng)熵變化，加快反應(yīng)速度，達(dá)到水浴加熱的作用，同時(shí)由于垂直振蕩還可以使溶液浸潤(rùn)整個(gè)試管內(nèi)壁，整個(gè)試管均有光亮的銀鏡產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)效果更為直觀(guān)，更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

2 銀鏡實(shí)驗(yàn)后試管清洗的探究

2.1 H2O2處理法

H2O2是常見(jiàn)的氧化劑，且生成的還原產(chǎn)物無(wú)污染，查標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表[2]可知，H2O2在酸性條件下氧化性比Ag+強(qiáng)，猜測(cè)可以用雙氧水處理試管內(nèi)壁上的銀單質(zhì)，反應(yīng)后產(chǎn)物是什么？帶著這樣的疑問(wèn)進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)。

取15mL 10%的雙氧水倒入附著銀單質(zhì)的試管中，試管壁上的銀單質(zhì)與雙氧水劇烈反應(yīng)并逐漸溶解，產(chǎn)生大量氣泡，反應(yīng)一會(huì)兒，將帶火星的木條置于試管口，帶火星的木條復(fù)燃。

為了說(shuō)明反應(yīng)產(chǎn)物，取上述反應(yīng)后的反應(yīng)液1mL裝入干凈試管并稀釋到3mL，向試管中加入稀鹽酸酸化的KI溶液，發(fā)現(xiàn)溶液呈現(xiàn)黃色，無(wú)黃色沉淀產(chǎn)生；再加入1mL苯，振蕩后靜置，出現(xiàn)分層現(xiàn)象且上層為紫紅色，下層為灰黑色渾濁，過(guò)濾下層液體可得到銀單質(zhì)，做完銀鏡實(shí)驗(yàn)的試管被洗刷干凈。查閱資料可知[3]，其反應(yīng)按兩步進(jìn)行：2Ag+H2O2=Ag2O+H2O；Ag2O+H2O2=2Ag+H2O+ O2，由此實(shí)驗(yàn)可知銀在H2O2分解反應(yīng)中起催化劑的作用。

雙氧水和硝酸均可將附著有銀單質(zhì)的試管洗滌干凈，洗滌效果有沒(méi)有區(qū)別呢？取上述正交法中形成的較為致密的銀的7、8、9組實(shí)驗(yàn)的試管，分別向三只試管中加入10mL 10%的雙氧水，10mL 3 mol/L的稀硝酸溶液和10mL 6 mol/L的稀硝酸溶液。振蕩試管，發(fā)現(xiàn)將銀鏡清洗干凈所用的時(shí)間不同，雙氧水明顯快于3 mol/L稀硝酸，但比6 mol/L稀硝酸所需時(shí)間長(zhǎng)一些；用硝酸清洗過(guò)程中會(huì)有刺激性氣味的氣體放出，實(shí)驗(yàn)者的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)不佳，影響實(shí)驗(yàn)情緒。

2.2 FeCl3處理法

將新配制的6 mol/L FeCl3溶液約2mL加入附著有銀的試管中，振蕩試管，發(fā)現(xiàn)美麗光亮的銀鏡快速變暗成灰色并逐漸溶解，溶液中出現(xiàn)許多脫落下來(lái)的灰黑色懸濁物，氯化鐵溶液的黃色逐漸變淺，只需將試管振蕩3～5次，銀鏡迅速被清洗干凈。

用氯化鐵溶液清洗附著有銀單質(zhì)的試管可知，金屬活動(dòng)性順序得到的氧化性強(qiáng)弱是根據(jù)金屬與其在水溶液中形成低價(jià)態(tài)離子構(gòu)成電極反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)由小到大排列，即Ag+/Ag的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)0.80V，F(xiàn)e3+/Fe2+是0.77V，僅從熱力學(xué)的角度指出了標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的可能性及趨勢(shì)大小，而實(shí)際的金屬活潑性會(huì)因濃度、介質(zhì)、氣體的分壓、產(chǎn)物的溶解度、氧化膜等因素而改變。

2.3 結(jié)論

用H2O2或者氯化鐵都可以快速處理銀鏡實(shí)驗(yàn)后附著有銀單質(zhì)的試管，并且反應(yīng)過(guò)程中只產(chǎn)生氧氣無(wú)其他有毒氣體產(chǎn)生，不會(huì)損害實(shí)驗(yàn)者的身體健康，也不會(huì)造成環(huán)境污染。過(guò)氧化氫溶液處理銀鏡的過(guò)程中銀扮演了催化劑的角色，生成了細(xì)碎的銀單質(zhì)而從試管壁上脫落，易集中回收利用，節(jié)約資源。氯化鐵溶液處理銀鏡還有利于學(xué)生發(fā)散性思維能力的培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生探究知識(shí)的好奇心。

3 實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵

銀鏡實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵操作有三：試管要潔凈，否則，只得到黑色疏松的銀沉淀，沒(méi)有銀鏡產(chǎn)生或產(chǎn)生的銀鏡不光亮；溶液混合后，振蕩要充分，特別是加入最后一種溶液后，振蕩要快，否則會(huì)出現(xiàn)黑斑或產(chǎn)生銀鏡不均勻；加入的氨水要適量，氨水的濃度不能太大，滴加氨水的速度一定要緩慢，否則氨水容易過(guò)量降低試劑的靈敏度。另外，如果滴加氫氧化鈉過(guò)量，反應(yīng)速率太快，產(chǎn)生的銀鏡會(huì)發(fā)黑。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉云忠，劉學(xué)柱.也談銀鏡反應(yīng)實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵[J].化學(xué)教學(xué)，1991，（6）：23.

[2]汪小蘭等.基礎(chǔ)化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2008：498.

[3]陳壽椿.重要無(wú)機(jī)化學(xué)反應(yīng)[M].上海：上海科技出版社，2011：47.