銅與稀硝酸反應實驗的探究

樊耀平

【摘要】銅與稀硝酸反應實驗的成功與否，對學生學習硝酸的氧化性有著重要的影響。文章從溫度、濃度、催化劑多角度探究，完善銅與稀硝酸反應。

【關鍵詞】實驗探究；改進

一、實驗在教學中的作用和地位

硝酸的強氧化性是中學化學教學的重要內容。濃、稀硝酸與銅的反應也是重要的演示實驗，通過演示實驗可以形成鮮明的對比，使學生掌握不同濃度的硝酸的強氧化性。蘇教版教材采用試管實驗，如圖1裝置。在課后“練習與實踐”中，對銅與稀硝酸反應已有初步的改進，但還不夠完善，存在大氣污染。

二、存在的問題

1.教材中的試管實驗，銅和稀硝酸反應，由于試管內存在空氣，只能觀察到紅棕色氣體，觀察不到無色氣體。

2.反應不能自行停止，只能等到硝酸或者銅片反應完，浪費藥品。

3.NO，NO2是大氣污染物，隨意排放不利于師生健康，又污染空氣。

三、實驗探究

1.實驗用品

儀器：U形管、單孔橡皮塞、直型分液漏斗、鐵架臺、漏斗、注射器、藥匙。

藥品：稀硝酸、銅絲圈、亞硝酸鈉晶體、5%NaOH溶液。

2.實驗的反應原理及改進裝置

（1）主要反應原理：

3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

2NO+O2=2NO2

（2）裝置，圖2

在此裝置中，U形管右端能收集到無色氣體，打開分液漏斗活塞，直型分液漏斗中看到明顯的紅棕色。有助于學生對銅與稀硝酸反應產物的判斷。但是，通過實驗發現，在此裝置中，銅與稀硝酸反應收集NO氣體緩慢，從反應開始到溶液脫離銅絲，時間過長。

3.針對影響化學反應速率的因素——濃度，溫度，催化劑逐一研究。

（1）濃度

蘇教版教材中沒有指明稀硝酸的濃度，濃度過低，不利于反應發生，濃度過高，會產生NO2 氣體。通過實驗，找到最合適的濃度。

（2）溫度

在室溫下進行實驗，溫度較低，反應緩慢。水浴加熱，對比反應時間。根據不同濃度對實驗影響結果，選擇4mol/L、5mol/L、6mol/L硝酸，做對比試驗。

（3）催化劑

①通過查閱武漢大學版《無機化學》P666頁發現，NO2在此反應中起催化劑作用，NO2起傳遞電子作用：

Cu-2e-=Cu2+

NO2+ e-=NO2-

NO2-+H+=HNO2

HNO2+ HNO3=H2O+2NO2

②硝酸通過NO2獲得還原劑的電子，反應加速。

但由于先期產生的NO與NO2在水溶液中反應，生成 NO2-：NO+NO2+H2O=2HNO2 ，所以，反應開始階段收集不到NO。重復操作時，溶液中有一定量的NO2-，使反應加快。 NO2-離子的存在檢驗：用試管取2ml酸性高錳酸鉀溶液，用滴管吸取U形管中少量反應后溶液，加入試管，酸性高錳酸鉀溶液褪色。反應原理是：2MnO4-+5NO2-+6H+=2Mn2++5NO3-+3H2O。另取少量反應液，逐滴加入氫氧化鈉溶液至開始產生藍色沉淀時，再滴加AgNO3溶液，產生白色沉淀；最后，滴加稀HNO3，沉淀溶解。反應原理是： Ag++ NO2-=AgNO2↓ AgNO2+H+=Ag++ HNO2

4.實驗步驟

（1）將儀器按照裝置組裝好，圖2。

（2）將直型分液漏斗活塞打開 ，U形管加入少量NaNO2晶體，從U形管的左管口注入稀硝酸，一直注入液面接觸直型分液漏斗活塞下沿，趕走U形管中的空氣，關閉直型分液漏斗活塞。

（3）一段時間后可觀察到U形管右管上方有無色氣體；當反應到一定程度時，稀硝酸與銅絲脫離接觸，反應自動停止，圖3。

（4）將直型分液漏斗活塞慢慢打開，直型分液漏斗中有紅棕色氣體出現，圖4，U形管的左管中的稀硝酸液面下降；

（5）實驗完畢后，將直型分液漏斗取下， 向直型分液漏斗中加入NaOH溶液，吸收NO2氣體。

5.實驗結論

通過實驗探究發現，5mol/L硝酸濃度最佳。在水浴和催化劑條件下，反應都明顯加快。在此，采用加催化劑簡潔、有效的手段完成實驗。反應前，在U形管中加少量NaNO2晶體，可加快反應，適合邊講邊實驗。

四、實驗優點

1.裝置簡單，操作方便，成功率高。2.銅與稀硝酸反應生成無色氣體，解決教材實驗生成紅棕色氣體問題，說服力強。3.整個裝置污染小，有害氣體直接吸收，安全可靠。4.整個實驗時間合適，便于課堂演示 。

【參考文獻】

[1]袁鴻志.銅與稀硝酸反應的研究性實驗設計探索[J].化學教學，2006（8）：10-12.