銅與濃(稀)硝酸反應一體化實驗改進研究

陳蘭蘭 楊雙通

(貴州省黔東南州民族高級中學 556000)

一、問題的提出

銅與硝酸反應重點在于探究硝酸的強氧化性，進一步對氧化還原反應知識的應用.而在人教版高中學化學《必修1》中卻沒有對本實驗進行描述，只是在課本《必修1》中列舉出了銅與濃硝酸、銅與稀硝酸的方程式，從而得出硝酸與金屬反應時因條件不同時，產物不同，這主要是硝酸具有強氧化性的原因導致的.通過教學筆者發現學生存在幾個方面的問題：一是缺乏實驗基礎，學生很難從氧化還原的角度去理解硝酸的氧化性；二是在后面學習濃度對反應速率影響時缺乏知識儲備；三是無法感受或體驗氮的氧化物對生活環境帶來的影響.

為了解決以上問題，很多教學一線的教師們在講解本節內容時，采用舊人教版的內容對銅與硝酸反應的實驗進行了補充，此外很多同仁對反應后產生的污染問題進行了諸多改進，例如對本實驗的微型化、一體化改進研究.但是筆者發現還一些不足之處：

1.銅與濃硝酸反應沒有在無氧的條件中進行，學生會質疑生成的紅棕色氣體NO2，是不是NO與O2反應得到的.

2.反應不能及時停止，浪費藥品.

3.反應后殘留的氣體對師生的健康產生危害.

4.有的學生還質疑為什么銅與稀硝酸反應后溶液的顏色與銅與濃硝酸反應后溶液顏色不同？

針對以上問題，筆者查閱了相關的文獻，發現賈超老師用植物油的改進、顧建鳴老師用移液管的套用、馬東老師用醫用加壓球的改進以及張予松老師用長頸漏斗的一體化等實驗得到了大家的認可.但是依然未能完全解決上述問題.因此筆者在他們的基礎之上對本實驗進行了改進，以便能夠解決上述問題.

二、實驗改進

1.實驗用品

儀器：鐵架臺(2個)、帶支U形管、分液漏斗、錐形瓶、礦泉水瓶、導管、橡皮管、針筒、橡膠塞等;藥品：銅絲、CCl4溶液、濃硝酸、稀硝酸、蒸餾水、氫氧化鈉溶液.

2.實驗裝置(如圖所示)

3.實驗操作

(1)組裝儀器裝置，檢驗裝置氣密性.

(2)向U形管中注入 CCl4溶液、濃硝酸，分液漏斗中裝入稀硝酸.

(3)打開分液漏斗的活塞K1，抽動針筒，排盡右端U形管中空氣.

(4)當看到U形管左端液面充滿時，關閉K1，打開K2，觀察U形左端現象.

(5)抽動右端銅絲，讓其與濃硝酸反應，觀察錐形瓶中鮮花顏色的變化，以及礦泉水瓶中導管內液面的變化.

(6)當看到錐形瓶中鮮花顏色褪去，關閉K2,打開K1，觀察分液漏斗上口顏色變化.

(7)向分液漏斗中注入氫氧化鈉，進行尾氣處理.

(8)實驗結束，整理實驗桌.

4.實驗現象

(1)觀察到銅與稀硝酸反應產生無色氣體，銅與濃硝酸反應產生紅棕色氣體，且銅與稀硝酸反應的速率慢于銅與濃硝酸的反應.

(2)當關閉K1,打開K2時，觀察到錐形瓶內有紅棕色氣體，且鮮花被腐蝕，顏色褪去，當錐形瓶內氣體到達一定程度時，礦泉水瓶中的水會沿導管上升到錐形瓶中，形成噴泉.

(3)當關閉K2，打開K1時，看到分液漏斗上口產生紅棕色.

(4)當向分液漏斗中注入氫氧化鈉時，氣體紅棕色消失.

三、實驗創新之處

通過本實驗的改進解決了上述提出的問題之外，還具有以下優點：

1.利用CCl4溶液，實現銅與濃硝酸、銅與稀硝酸反應一體化.

2.銅與濃硝酸、銅與稀硝酸反應形成對比，進一步加深學生認識濃度對速率的影響.

3.有利于進一步探究了氮的氧化物(NO、NO2)的性質.

4.模擬了氮的氧化物對環境的影響.

5.實驗裝置簡單，易操作.

6.實驗環保，易于在教學課堂中重復進行(只需更換銅絲即可).

四、注意事項

1.銅絲要多一些，便于增大反應的接觸面積.

2.稀硝酸配制時，應控制濃度在體積比為1∶1，若稀硝酸濃度太稀反應時間較長，濃度太大可能會生成NO2.

綜上所述，本實驗的設計思路可以在探究濃度對化學反應的影響中進行推廣，與此同時本實驗裝置可以用對有毒氣體的處理提供一些參考.雖然本實驗在實踐中取得良好效果，但是實驗能否將裝置進一步微型化以及實驗試劑四氯化碳的更換等方面還有很多思考的地方.書山有路勤為徑，學海無涯苦作舟.創新之路需要慢慢的去體會和思考，只要大家不斷的努力一定會取得良好的效果.