銅與濃、稀硝酸反應實驗的綠色化設計

高璇

摘 要：通過對教材中銅與濃、稀硝酸反應實驗的學習，根據所掌握的理論知識，發現教材中的實驗設計存在一些不足。本文結合相關知識對此反應進行了部分改進，使實驗過程可以更加環保，讓實驗現象更加容易觀察，同時改進后的實驗在操作上也更加簡便，并且易于調控。

關鍵詞：銅;濃、稀硝酸;實驗;綠色設計

在高中化學實驗的學習中，發現銅與濃、稀硝酸的反應實驗在證明硝酸的強氧化性上具有十分重要的作用。但是通過對實驗的實際操作，發現按照教材中的設計進行相應反應實驗時，會有很多一些不足之處。其中最為明顯的兩點就是：①實驗的可調控性不強，在實驗過程中硝酸經反應會產生NO2，但是因為不能對實驗進行控制，NO2常常會散發到空氣中，對環境造成污染;②因為反應是在試管中進行的，而試管中原有的空氣會將銅與稀硝酸反應得出的NO氧化，形成紅棕色的NO2，這種紅棕色的氣體就極易將無色的NO掩蓋，使觀察者不能清晰觀察到NO，也不能發現NO與NO2之間的反應過程。針對以上不足之處，本文對此實驗進行改進設計，將反應容器由原來的試管改為移液管，通過這種改進，不僅實驗現象更加明顯，實驗操作過程也更加簡便，而且在實驗過程中還不會對環境造成污染，實現了反應實驗的綠色化。

1.與濃硝酸反應

1.1具體操作

選取容量為25ml的移液管一支，在移液管中插入一根銅絲并確保銅絲的末端已插入移液管的球泡中，此時為了防止銅絲在反應過程中出現移動可以將銅絲上端稍稍進行彎曲并卡在移液管的內壁上，也可以根據實際的使用需求選擇適當的位置將其懸掛。在將銅絲固定后，需要對移液管進行操作，首先就是要將乳膠管與移液管進行連接，并且乳膠管還要配有止水夾。然后準備裝有適量濃硝酸的燒杯，并將移液管的下端插入濃硝酸液面以下。在這些操作結束后開始反應實驗，首先打開止水夾使用洗耳球直至燒杯中的濃硝酸經移液管與銅絲接觸發生反應，此時關閉止水夾。觀察可發現移液管中有大量紅棕色氣體產生，并且移液管中的液體顏色也變成了藍綠色。當移液管中液面下降并不再與銅絲接觸時，反應中止。此時松開止水夾使移液管中的液體流入燒杯中，當即將流完時關閉止水夾。稍后將移液管插入另一裝有NaOH溶液的燒杯中，再次打開止水夾通過洗耳球向移液管通氣并將NO2氣體都排入燒杯的NaOH溶液中。

1.2實驗優點

①改進后的實驗裝置在操作上更加簡便，并可循環使用;②反應過程中的現象更加明顯，因反應發生在移液管中，反應位置較高，可以使觀察者清晰觀察到所產生的紅棕色的NO2氣體;③改進后的裝置在操作上更容易調控，可根據實際需求隨時終止反應的發生，即只需讓移液管中的液體與銅絲分離;④在改進后的實驗中，儀器的用途更加廣泛，而且在反應物的使用上也更加節省;⑤整個實驗都發生在密閉的環境中，不論是反應過程中還是反應結束后，有毒氣體都不會逸散到空氣中對環境造成污染，并且反應后的產物也更容易處理。

2.與稀硝酸反應

2.1具體操作

與濃硝酸實驗一致，在與稀硝酸的進行裝置配置時也應選取一支移液管，并在其內壁上固定一根長銅絲，同時還應在移液管上管口連接帶止水夾的乳膠管。稍后在燒杯中放入稀硝酸并將移液管移入燒杯中，使其下管口與稀硝酸相接觸，通過洗耳球使稀硝酸被吸入移液管中直至到達指定為止，關閉止水夾使稀硝酸停止上升。此時就可以清楚觀察到銅與稀硝酸在移液管中發生反應，不僅有氣泡開始附著于銅絲表面，移液管中的液體夜色也發生了變化，并且液面也開始下降。此時移液管中已充滿反應后的無色液體。當銅絲與液面不再接觸時，反應也中止。此時松開止水夾使空氣進入移液管中，觀察者就可清楚看到移液管中的氣體變成了紅棕色，并將移液管中的液體緩慢推入燒杯中。當液體即將流盡時，將移液管下管口插入裝有NaOH溶液的燒杯中，并向移液管中緩慢通入空氣將移液管中的NO2氣體全部推送入NaOH溶液中，被吸收處理。

2.2實驗優點

①改進后的實驗裝置在操作上更加簡便，并可循環使用;②反應過程中的現象更加明顯，因反應發生在移液管中，反應位置較高，可以使觀察者清晰觀察到所產生的NO是一種無色氣體，并在與空氣接觸后就會被氧化成紅棕色的NO2;③改進后的裝置在操作上更容易調控，可根據實際需求隨時終止反應的發生，即只需讓移液管中的液體與銅絲分離;④在改進后的實驗中，儀器的用途更加廣泛，而且在反應物的使用上也更加節省;⑤整個實驗都發生在密閉的環境中，不論是反應過程中還是反應結束后，有毒氣體都不會逸散到空氣中對環境造成污染，并且反應后的產物也更容易處理。

結束語

改進后的裝置顯著提高了我們對銅與濃、稀硝酸反應的觀察興趣，通過實驗中環保理念的加入，也能更加清醒認識到NO2氣體的有害性。通過參與實驗改進的設計過程，并進行實際操作，不僅加深了對銅與濃、稀硝酸反應過程的記憶與理解，也提升了對實驗裝置的合理配置及使用處置能力。在選取實驗裝置的過程中也對不同裝置的用途和效果再次加深了印象，對之后的實驗選材起到了極大的指導作用。而且親自參與對實驗的改進與設計還能大大提升對高中化學實驗的興趣，并逐漸重視不同實驗過程中對環保的要求，無形之中就使環保意識得到了顯著提升。而且在今后的學習與實驗過程中，這種嚴謹求實的作風將會一直伴隨自己的求學生涯。此次改進實驗有效激發了我的拓展思維，并極大地培養了自我創新的能力以及對科學實驗過程的探索能力。

參考文獻

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