銅與稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

聶紫娟 齊艷娟

（長(zhǎng)春師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130032）

0 引言

銅與稀硝酸反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)是高一化學(xué)必修課中學(xué)習(xí)一氧化氮、二氧化氮的性質(zhì)時(shí)必做的演示實(shí)驗(yàn)。針對(duì)該實(shí)驗(yàn)，在人教版高中化學(xué)教科書中沒(méi)有提供實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在蘇教版和魯教版高中化學(xué)教科書中均設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)。運(yùn)用教科書中的實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)此實(shí)驗(yàn)中存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

（1）如圖1所示，此實(shí)驗(yàn)從裝置圖上看可以發(fā)生銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)，進(jìn)而能觀察到產(chǎn)生氣體顏色的變化。但實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)用排水法收集一氧化氮，收集到的氣體并不多。

圖1

（2）在課堂中進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，操作性不強(qiáng)。而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯。

（3）沒(méi)有對(duì)生成的一氧化氮、二氧化氮進(jìn)行尾氣處理。

（4）如圖2所示，生成的無(wú)色的一氧化氮?dú)怏w很快就被空氣中的氧氣氧化成了紅棕色的二氧化氮?dú)怏w，很難觀察到一氧化氮慢慢被氧化成二氧化氮的過(guò)程。

圖2

（5）此實(shí)驗(yàn)雖然用一塊蘸有NaOH的濕棉花團(tuán)封住試管口，但通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，濕棉花團(tuán)的吸收效果并不理想，而且仍有大量的氮氧化物氣體逸出。同時(shí)試管中的二氧化氮?dú)怏w無(wú)法進(jìn)行處理。

通過(guò)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)有很多學(xué)者對(duì)此實(shí)驗(yàn)在教科書的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。但實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不是特別明顯。因此本文通過(guò)多次試驗(yàn)，對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)。希望給一線教師進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)提供新方案。

1 實(shí)驗(yàn)藥品及實(shí)驗(yàn)儀器

稀硝酸；銅絲；干燥管，配套的橡膠塞；玻璃管，配套的橡膠管；彈簧夾；試劑瓶，配套單孔橡膠塞；注射器；燒杯，“U”形玻璃管，平配套的橡膠塞。

2 實(shí)驗(yàn)原理

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置圖

4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象

步驟一：取一個(gè)試劑瓶，向其中注滿稀硝酸，然后將帶有玻璃管的單孔橡膠塞塞進(jìn)裝滿稀硝酸的集氣瓶口。同時(shí)會(huì)有少量的稀硝酸被壓入玻璃管中。然后再取一支干燥管，如圖3所示，進(jìn)行連接。

圖3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置圖

步驟二：取一支注射器，然后用注射器將稀硝酸注入玻璃管中，直至稀硝酸淹過(guò)乳膠管為止。

步驟三：取2～3根銅絲，將銅絲通過(guò)干燥管和玻璃管伸入至試劑瓶的稀硝酸中。然后將帶有“U”形玻璃管的單孔橡膠塞塞進(jìn)干燥管的末端口?！癠”形玻璃管插入盛有NaOH溶液的燒杯中，“U”形玻璃管的末端口浸沒(méi)在NaOH溶液中。使得整個(gè)反應(yīng)在密閉的體系中進(jìn)行反應(yīng)。再取一個(gè)彈簧夾，將乳膠管夾住。

步驟四：反應(yīng)一段時(shí)間后觀察到的現(xiàn)象：

（1）銅絲與稀硝酸反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生大量的無(wú)色氣泡，溶液變成藍(lán)色，集氣瓶和玻璃管中均有無(wú)色氣泡。

（2）當(dāng)打開彈簧夾后，可以觀察到橡膠管口有紅棕色氣體產(chǎn)生，而集氣瓶和玻璃管中產(chǎn)生的氣泡仍為無(wú)色氣泡。當(dāng)反應(yīng)一段時(shí)間后玻璃管中有紅棕色氣體產(chǎn)生（打開彈簧夾后空氣進(jìn)入玻璃管中），而且是從上至下的變化。重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)依然可以觀察到這樣的現(xiàn)象。

步驟五：反應(yīng)結(jié)束時(shí)，NO2通入NaOH溶液中進(jìn)行尾氣處理。

5 注意事項(xiàng)

（1）稀硝酸的濃度：硝酸的濃度以V（濃硝酸65%）：V（水）=2∶3為宜。硝酸的濃度偏大，會(huì)導(dǎo)致很快產(chǎn)生NO2氣體。（2）防止空氣進(jìn)入：試劑瓶中一定要注滿稀硝酸，同時(shí)玻璃管中也要注滿稀硝酸直至淹沒(méi)橡膠管。（3）“U”形玻璃管的末端一定要浸沒(méi)在NaOH溶液中。

6 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

（1）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。學(xué)生能清晰地觀察到產(chǎn)生的無(wú)色氣體NO以及被空氣中的氧氣氧化后變成紅棕色的NO2氣體。（2）實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，在進(jìn)行課堂演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，易于連接，方便操作。（3）實(shí)驗(yàn)中所用到的儀器都是在實(shí)驗(yàn)室中用的最基本的儀器，方便實(shí)驗(yàn)。（4）整個(gè)反應(yīng)是在密閉的體系中發(fā)生反應(yīng)的，產(chǎn)生的NO在密閉的環(huán)境中就被氧化了，能讓學(xué)生意識(shí)到NO易被氧化。（5）學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，激起學(xué)生對(duì)本節(jié)課學(xué)習(xí)的興趣。（6）本實(shí)驗(yàn)是在中學(xué)化學(xué)教材中所提供的演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。因此，通過(guò)此實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。（7）設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置是密閉的，而且反應(yīng)后有尾氣處理，體現(xiàn)了綠色化學(xué)的理念。