銅與硝酸反應的實驗裝置優(yōu)化

馬春桐

摘 要：化學是一門研究物質的組成、結構、性質及變化規(guī)律的基礎自然科學，化學實驗是進行化學學習研究的重要途徑，是化學的靈魂。高中化學實驗幾乎每章節(jié)都會涉及，但一些有毒氣體的制取和性質實驗一直是化學學習中非常棘手的問題。本文通過對銅與硝酸反應的實驗裝置進行優(yōu)化改進，利用生活用品自制化學實驗儀器，對反應產(chǎn)生的有毒氣體在密封條件下進行處理，使實驗更簡便可行，更安全環(huán)保。

關鍵詞：銅；鹽酸；實驗裝置

一、銅與濃硝酸反應的優(yōu)化

1.反應原理：

Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

離子反應：Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O

注意：當濃硝酸與銅反應之后溶液變稀，就不再發(fā)生這個反應了，將發(fā)生銅與稀硝酸反應，因此為了保證一直能進行銅與濃硝酸的反應就要保證反應后剩余液中的硝酸也是濃的才行。從這個角度上說，二氧化氮與硝酸的比應小于1∶2。

2.實驗用品

300 ml礦泉水瓶2只、導管、橡皮塞、小氣球、橡膠管、止水夾。

3.實驗準備

（1）利用塑料的熱塑性，將一根玻璃導管的一端在酒精燈上加熱，迅速與礦泉水瓶蓋連接，將導管與瓶蓋組裝好，為保證密封性良好，選擇與瓶蓋大小相同的橡皮塞連接在內瓶蓋中，對瓶蓋與導管的連接處用石蠟熔融后密封。用同樣的方法處理另一只礦泉水瓶，在該瓶蓋上再打一個孔，連接導管并綁上小氣球。兩只礦泉水瓶的導管用橡膠管連接。

（2）在靠近礦泉水瓶甲的瓶蓋的導管上纏繞粗銅絲。

（3）在礦泉水瓶乙中加入200 ml氫氧化鈉溶液。

4.實驗過程及現(xiàn)象

用止水夾夾住橡膠管，在礦泉水瓶甲中加入10 ml濃硝酸，迅速擰緊瓶蓋，緩緩倒置礦泉水瓶。可以觀察到銅與濃硝酸立即反應產(chǎn)生紅棕色的氣體，氣體自下而上逐漸充滿礦泉水瓶甲。待氣體充滿甲瓶后，打開止水夾，甲瓶內溶液壓入乙瓶中，乙瓶中產(chǎn)生藍色沉淀，并有少量氣體逸出，被收集在氣球中。用手擠壓乙瓶，使少量反應后的溶液進人甲瓶，甲瓶內立即形成美麗的藍色噴泉。

5.優(yōu)化的意義

（1）將銅與濃硝酸反應的實驗，硝酸銅與氫氧化鈉的反應、二氧化氮與氫氧化鈉反應的噴泉實驗巧妙地組合在一起。

（2）實驗裝置均為普通的礦泉水瓶，改造操作簡便。將橡皮塞外再加瓶蓋，密封效果更好，保證了實驗在密閉條件下進行，安全環(huán)保。

（3）實驗現(xiàn)象明顯，趣味性濃厚。

（4）為保證實驗效果，實驗前要計算好藥品的比例，在定性研究物質的同時達到了定量研究的目的。

二、銅與稀硝酸反應的優(yōu)化

1.反應原理

3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

離子反應：3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O

2.實驗用品

注射器兩只，廣口瓶，300 ml礦泉水瓶、導管、橡皮塞。

3.實驗準備

（1）在注射器的針筒內事先放入少量的銅片，反應前注意將注射器針筒內的空氣完全排盡。

（2）在廣口瓶內盛滿水。

4.實驗過程及現(xiàn)象

拉動注射器的活塞，慢慢地吸入適量的稀硝酸，迅速與廣口瓶上的導管連接，可觀察到有無色氣體產(chǎn)生，氣體將廣口瓶內的水壓出。注射器的溶液逐漸變?yōu)樗{色。待廣口瓶內的水被完全排出后，另取一支注射器，向廣口瓶內注入空氣，觀察到瓶內的氣體逐漸變?yōu)榧t棕色。實驗結束后向廣口瓶中加入氫氧化鈉溶液，徹底吸收瓶內的二氧化氮氣體。

5.優(yōu)化的意義

（1）銅與稀硝酸反應產(chǎn)生的一氧化氮為無色氣體，接觸到空氣后迅速與氧氣反應生成紅棕色的二氧化氮，由于課堂教學中實驗一般都是用試管進行的簡單操作，所以很難觀察到氣體由無色變?yōu)榧t棕色的過程，對一氧化氮的認識不夠直觀、缺乏說服力。通過優(yōu)化能直觀地觀察到一氧化氮氣體的產(chǎn)生。

（2）注射器的使用既保證了實驗的密封效果，同時也使實驗操作更為便捷。

總之，利用生活用品自制化學實驗儀器使化學實驗的形式更加靈活，同時將理論上分析、推導得出的結論通過實驗進行驗證，使原來枯燥的理論變得有趣生動，這對化學理論知識的教學是一種嘗試和突破。

參考文獻：

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[2]周東明.淺談化學實驗現(xiàn)象結論的分析[J].中學生數(shù)理化（學習研究），2018（9）.

編輯 郭小琴