铜与浓、稀硝酸反应实验的微型化改进

2014-10-11施秀杰马学敏衷明华

中学教学参考·理科版 2014年9期

关键词：红棕色形管蒸馏水

施秀杰　马学敏　衷明华

一、改进目的

铜与浓、稀硝酸反应演示实验是人教版高中化学必修1的重点演示实验之一，能否做好该实验直接影响到学生对硝酸强氧化性的理解和把握，从而影响对金属与浓、稀硝酸反应特点的总结。

在常规实验过程中，我认为存在以下几点不足：

（1）由于铜与浓硝酸的反应程度比较剧烈，产生的有毒气体NO2容易逸散到空气中，造成严重的环境污染，危害师生身体健康，不利于课堂教学。

（2）由于不能排尽试管内的空气，铜与稀硝酸反应生成的无色NO气体极易被试管中的空气氧化成红棕色NO2气体，从而影响学生对NO颜色的观察，同时也无法演示NO转化为NO2的过程。

（3）分别使用浓、稀硝酸溶液，没有将浓硝酸转化为稀硝酸重复利用，造成不必要的药品浪费。

本研究通过对铜与浓、稀硝酸的反应进行微型实验改进，使实验更简便、更完整、更环保。

二、实验设计

1.实验原理

铜与浓硝酸反应生成NO2气体，溶于蒸馏水中生成稀硝酸，稀硝酸再与铜反应生成无色NO气体，NO与空气中的氧气反应生成红棕色NO2气体，其反应原理如下：

三、实验步骤及实验现象

（1）组装实验仪器并检查实验仪器的气密性：如图1所示组装实验仪器，在具支U形管中加入适量的蒸馏水，打开止水夹，拉动注射器，观察U形管水位的高度变化情况。若U形管中的水位会随着注射器的拉动而产生左右液面高度差，则表示装置气密性良好。

（2）添加药品：在小试管和具支U形管中加入等质量的铜片；在具支U形管中加入适量蒸馏水（水位不可过高）；在具支U形管左侧胶塞上开一个小孔，将注射器插入小孔中（注射器已排尽针筒内空气）；在小烧杯中加入稀NaOH溶液，用于尾气吸收。

（3）开始实验：夹紧止水夹，往小试管中滴入适量的浓硝酸溶液，与小试管中的铜片剧烈反应，反应液由无色变为蓝绿色并产生大量红棕色气体，U形管外壁发烫，此时，U形管中的水位呈现左高右低。随着气体溶于蒸馏水，U形管中的溶液逐渐由无色变为淡蓝色，且铜片表面有气泡产生。反应前将注射器的活塞向上抽，将U形管左侧的空气抽走，反应一段时间后，将注射器的活塞往下压，把空气挤入U形管左侧，观察到具支U形管左端的气体由无色变为红棕色。

（4）结束实验：打开止水夹，让反应残留的NO2气体通入NaOH溶液中；将注射器的活塞往上拉，抽走U形管中的NO2气体，并通入NaOH溶液中，进行尾气吸收。

四、改进实验的优点

（1）利用微型实验可以在很大程度上提高实验的安全性和环保性，节省药品和时间，减少不必要的药品浪费。同时，本实验装置所需仪器少，操作简单，有利于学生在课堂内外开展实验。

（2）实验中前一个反应的产物是后一个反应的反应物，这样能充分利用资源；在短时间内完成各项反应，使得铜与浓、稀硝酸反应一体化，同时能将铜与浓、稀硝酸反应的现象直观地展示出来，更有利于学生去理解硝酸浓度不同则氧化性不同。