銅與濃、稀硝酸反應實驗以及氮氧化物性質實驗的創新綠色環保設計

【摘 要】本文就銅與濃、稀硝酸反應實驗以及氮氧化物性質實驗原理、設計、注意事項、成功關鍵點和創新之處進行了探討。

【關鍵詞】銅；濃硝酸；稀硝酸；設計

【中圖分類號】G632.5 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2018）34-0130-01

銅與濃、稀硝酸反應以及氮氧化物性質都是高中化學教學的重要內容。普通高中課程標準實驗教科書化學人教新教材則沒有設置銅與濃、稀硝酸反應的實驗，但設置了氮氧化物性質實驗，由于這些反應是教學的重點、難點，因此在實際課堂教學中，化學老師常常通過演示實驗突破重點、難點，并充分調動學生學習的積極性和激發學生的學習興趣。在實際教學中，如果將硝酸的氧化性與氮氧化物的性質整合于同一課時，利用濃、稀硝酸反應實驗生成的NOx，進行NOx的性質實驗，能夠大大節約實驗的準備時間和課堂教學時間，節約藥品，減少污染，有利于學生對知識的系統化建構，提高課堂教學效果，會收到事半功倍的效果。

一、實驗原理

涉及到的化學反應：

Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O；

3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O； 2NO+O2=2NO2；

NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O； 2NO2+2NaOH= NaNO2+ NaNO3+H2O

二、實驗設計

1.實驗用品。

干燥管、球形膠頭滴管、帶導管的單孔橡皮塞、橡皮管、彈簧夾、注射器（與干燥管或球形膠頭滴管的容積相當）、小燒杯或小滴瓶。銅片、濃硝酸、氫氧化鈉溶液、蒸餾水。

2.實驗裝置。

3.實驗方法。

（1）銅與濃硝酸反應實驗：按圖1所示裝配裝置，檢查氣密性，然后在干燥管中裝人適量銅片（銅片大小以不一易從干燥管下端漏下為宜），再連接好裝置，放人小燒杯中，在小燒杯中加人30 mL體積比為1：1的硝酸。打開止水夾，用注射器快速抽取干燥管內的空氣，濃硝酸沿著干燥管上升，_直到充滿整個干燥管，停止抽拉注射器活塞，關閉止水夾，觀察實驗現象可清晰地看到干燥管內溶液變藍，干燥管內產生紅棕色氣體，氣體推動藍色的溶液液面迅速下降，當溶液與銅片分離時反應自動停止。

（2）NO2溶于水的反應實驗：在銅與濃硝酸反應的過程中，觀察到干燥管球形部分溶液剛好排出時，快速提起干燥管，插入裝有水的燒杯中這時可見水倒吸人干燥管中.紅棕色氣體變成無色，氣體體積明顯縮小。

（3）NO與O2的反應實驗：當（2）中紅棕色氣體全部變成無色氣體后，打開止水夾，將開始抽出的空氣推入干燥管中，可見無色氣體又變成紅棕色然后將紅棕色氣體通人NaOH溶液以處理尾氣。

（4）銅與稀硝酸反應實驗：觀察完銅片與濃硝酸的反應之后，向燒杯中加入蒸餾水，將硝酸稀釋1倍，重復銅與濃硝酸反應實驗的操作，可一見干燥管內產生無色氣體，氣體推動干燥管內溶液液面下降，管內溶液變藍，當溶液與銅片分離時反應自動停止。

（5）尾氣處理：實驗結束后，將干燥管及時提出硝酸溶液，插人NaOH溶液以吸收尾氣。若有無色氣體未被吸收，可用注射器向干燥管注人空氣幫助其充分吸收。

三、實驗注意事項

1.硝酸是極具腐蝕性的溶液，極易危害人體暴露的器官，必須小心輕拿輕放，以避免濺灑到人體暴露的器官造成危害；實驗產生的二氧化氮氣體有毒，實驗需要在開放通風的環境中或一個封閉的反應柜進行。

2.在用注射器吸入硝酸引發的反應時，溶液一定要吸到止水夾的地方，盡量排盡空氣以便排除空氣對實驗的干擾和影響。

3.銅與濃硝酸的反應非常劇烈，不好控制。因此，可把濃硝酸稀釋成1：1的硝酸以代替濃硝酸進行實驗，效果不錯。

四、實驗成功關鍵點

1.該實驗無法加熱，為了加快銅與稀硝酸反應的速率，可適當增大稀硝酸的濃度。

2.用NaOH溶液處理氣體產物時，若有無色氣體未被吸收，可用注射器向干燥管注人空氣幫助其充分吸收。

五、實驗創新之處

1.試劑用量少。

整個實驗中，所需試劑為一片銅片、約10ml濃硝酸、約10ml稀硝酸、20mlNaOH溶液，用品只需注射器1個，小藥瓶4個，試劑用量大大減少，材料簡單易得且可重復多次使用。

2.實驗污染小。

反應物用量少，則生成的有毒氣體少。同時，緩慢推注射器推桿的操作也可使有毒氣體被吸收得更充分。

3.操作簡單易行。

由于操作簡單，此實驗適合學生做小型分組實驗，克服了只由教師作演示實驗而學生觀察效果不太好的缺憾。

4.可隨時控制實驗的開始和結束。

拉注射器推桿可使銅與硝酸接觸從而使反應發生，推注射器推桿可使銅與硝酸分離從而使反應結束，操作簡單可行。

5.現象明顯，對比效果好。

6.利于對反應產物的研究。

反應剩余的液體在原盛裝有硝酸的小藥瓶內，反應剩余的氣體可短時保留于注射器中，可取樣后對反應產物進一步研究。生成NO后，在空氣中迅速向后拉注射器推桿，可使空氣進入注射器內，無色氣體變為紅棕色的現象很明顯，進而可證明銅于稀硝酸反應的產物使NO。

7.形式新穎，能激發學生學習興趣。用注射器代替試管，可以讓學生覺得化學實驗也通過我們身邊的廢舊物品來完成，達到廢物利用的目的。

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作者簡介：吳梅花（1973一），女，甘肅武威人，中學一級教師，本科，從事高中化學教學與研究。