銅與硝酸反應的實驗改進

董景禮

銅與硝酸反應的實驗，是魯科版《化學1》中探究硝酸具有強氧化性的一個非常重要的實驗。針對該實驗存在的諸多缺陷，我們在教學中進行了相關改進，現分享如下。

1問題的提出

教材中的實驗是按照圖1來進行的。

該實驗存在一些不足之處：一是銅與濃稀硝酸的實驗分開做，操作費時、費藥品；二是銅和稀硝酸的反應沒有隔絕空氣，很難觀察到無色氣體變成紅棕色的過程；三是反應產生的NO2、NO會逸散到空氣中造成環境污染。

為了克服以上弊端，同時有利于學生對濃度不同的硝酸氧化性不同的理解，我們對教材中的實驗進行了改進。

2改進的目的

通過實驗的改進，進行銅與濃、稀硝酸的反應現象和反應產物的對比，使學生增強對濃、稀硝酸氧化性不同的理解；利用實驗探究的方法，培養培養實驗操作能力。

3實驗改進及特點

選取常見的醫療器械改進裝置：選取100mL醫用玻璃吊瓶1只、5mL注射器1只（配細針頭）、5mL注射器外筒1只（配粗針頭），裝配成圖2所示的裝置。

改進后的實驗，將銅與濃稀硝酸兩個實驗有效整合，實驗器材簡單，操作簡便、藥品用量少，現象對比鮮明；實驗在隔絕空氣的條件下進行，能觀察到無色氣體變成紅棕色氣體的過程，實現了NO與NO2的轉化，實驗效果很好；尾氣處理科學、環保，符合綠色化學理念。

4實驗步驟及結論

4.1實驗用品

藥品：銅片、濃硝酸、氫氧化鈉溶液、蒸餾水。

儀器用品：100ml玻璃吊瓶1只，5ml注射器2只，20ml注射劑4只。

4.2實驗步驟和現象

4.2.1銅與濃硝酸的反應

向玻璃吊瓶中加入一定量銅片，蓋緊橡皮塞。用5ml注射器抽取3ml濃硝酸注入玻璃吊瓶中，觀察實驗現象（反應劇烈，有大量紅棕色氣體產生）。

4.2.2二氧化氮與一氧化氮的相互轉化

待玻璃吊瓶內充滿紅棕色氣體時，用注射器抽出一定量氣體，然后再抽入一定量水，充分振蕩。待紅棕色全部消失，將注射器針頭向上，再吸入少量空氣，觀察現象（紅棕色氣體變為無色；無色氣體又變為紅棕色）。

4.2.3溶液酸性的檢驗

將4.2.2中注射器內的少量溶液注入盛有紫色石蕊溶液的試管中，觀察現象（紫色石蕊溶液變紅）。

4.2.4銅與稀硝酸的反應

用注射器向玻璃吊瓶中注入一定量蒸餾水，將濃硝酸稀釋，充分振蕩，觀察現象（銅片表面有無色氣泡產生，生成無色氣體）。

4.2.5對無色氣體的檢驗

用注射器再抽出一定量無色氣體，然后抽入一定量空氣（氣體由無色變成了紅棕色）。

4.2.6尾氣處理

用注射器向玻璃吊瓶中注入足量氫氧化鈉溶液，并用注射器注入足量空氣，直至紅棕色氣體全部消失且出現藍色絮狀沉淀，則氮氧化物反應完全。同時將前面注射器中的氣體及液體也緩慢注入氫氧化鈉溶液中，實現對尾氣的科學處理。

4.3實驗結論

銅與濃硝酸反應生成NO2，與稀硝酸反應生成NO，且濃度不同的硝酸氧化性不同，濃度越大，反應越劇烈，硝酸的氧化性越強。

反應方程式為：Cu + 4HNO3（濃）= Cu（NO3）2 + 2NO2 ↑+2H2O ；3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO ；2NO+O2 = 2NO2；3Cu + 8HNO3（稀） = 3Cu（NO3）2 + 2NO ↑+ 4H2O 。

5問題及思考

該裝置具有多用途，還可以進行SO2、H2S、Cl2的制取和性質實驗等，但是在該實驗中，銅片、濃硝酸的用量以及濃硝酸稀釋時水的用量都要反復探究，因此實驗的再現性有待進一步提高。endprint