探究浓度对铜与硝酸反应的影响

探究浓度对铜与硝酸反应的影响

刘赞许夏勇

铜和硝酸的反应实验是硝酸氧化性体现的一个重要的演示实验,也是掌握硝酸氧化性的很有必要的一个实验。因此它是高中化学经常考的一类计算题。

一、实验目的

对比观察浓、稀硝酸与铜反应的实验现象。

二、实验器材

实验仪器：铁架台、具支试管、烧杯、玻璃导管、橡皮管、止水夹、10mL注射器、塑料瓶、橡皮塞。

实验药品：铜丝、浓硝酸（体积比2∶1）、稀硝酸（体积比3∶5）、碳棒、40%氢氧化钠溶液、澄清石灰水、大理石、氧气。

三、实验原理及装置说明

实验原理如下，装置如图所示。

Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

3NO2+H2O=2HNO3+NO

2NO+O2=2NO2

四、不同浓度硝酸与铜反应的影响

1.不同浓度硝酸与铜反应的产物

硝酸和水体积比出现红棕色气体时间5mL浓硝酸立刻4mL浓硝酸+1mL水4∶1立刻6mL浓硝酸+2mL水（取5mL）3∶1立刻4mL浓硝酸+2mL水2∶1立刻6mL浓硝酸+4mL水（取5mL）3∶2 1min 3mL浓硝酸+3mL水（取5mL）1∶1 2min 3mL浓硝酸+3mL水（取5mL）1∶1是4mL浓硝酸+5mL水（取5mL）4∶5是2mL浓硝酸+3mL水2∶3是3mL浓硝酸+5mL水（取5mL）3∶5否2mL浓硝酸+4mL水（取5mL）1∶2否2mL浓硝酸+6mL水（取5mL）1∶3否1mL浓硝酸+4mL水1∶4否

2.稀硝酸与铜反应

原电池原理（收集20mL气体）3mL稀硝酸+5mL水（取5mL）3∶5 5min 3min 2mL稀硝酸+4mL水（取5mL）1∶2 8min 5min 2mL稀硝酸+6mL水（取5mL）1∶3＞10min＞5min 1mL稀硝酸+4mL水1∶4＞10min＞5min硝酸和水体积比时间（收集20mL气体）

说明：选用浓硝酸的质量分数为65%～68%，量取液体选用10mL的注射器，铜丝缠绕在一根碳棒上（5号干电池的电极），铜与硝酸反应均在无氧的环境下进行。

通过实验可知，如需加快反应速率，铜与稀硝酸的反应可采用原电池原理，稀硝酸（体积比为3∶5）与铜反应能避免NO2生成，且反应速率较快。浓硝酸（体积比为2∶1）与铜反应实验速率适中，现象明显，便于观察。

五、实验步骤

1.组装实验仪器，检查装置的气密性。

2.向右边试管中先加入约0.6g大理石，打开开止水夹1、3、4，关闭开止水夹2，用注射器吸入6mL稀硝酸，将稀硝酸注入试管中，排尽装置内空气。

3.试管中不再产生气体时，关闭开止水夹3、4，打开开止水夹2，将可抽动的铜丝插入稀硝酸溶液中，铜丝表面有气泡产生，溶液变蓝色，氢氧化钠溶液中有稳定气泡产生。3mim后，关闭开止水夹1、2，将铜丝抽离液面，用注射器抽取试管内气体，再吸入空气，观察注射器内气体颜色由无色变为红棕色，实验完毕后，打开开止水夹1、2。

4.向左边具支试管中加入5mL浓硝酸，注射器中吸入10mL蒸馏水，打开开止水夹2、3，关闭开止水夹1、4，将可抽动的铜丝插入浓硝酸溶液中，铜丝表面有气泡产生，溶液变绿色，红棕色气体充满试管上部。将铜丝抽离液面，关闭开止水夹3，用注射器注入蒸馏水，观察试管中气体颜色的变化。然后用注射器抽取试管内3mL气体，再吸入少量空气，观察注射器内气体颜色的变化。实验完毕后，打开开止水夹1。

六、实验结论

1.装置将铜与浓、稀硝酸，NO2与H2O、NO与O2等反应实验整合于一体，有极佳的对比效果，可以很明显地观察到铜与浓、稀硝酸反应后溶液颜色的不同和产生气体的不同。

2.通过对浓、稀硝酸的初步界定，可推断出稀硝酸（体积比3∶5）、浓硝酸（体积比2∶1）与铜反应，现象最为明显。

3.实验在封闭体系中进行，真正地观察到了NO和NO2的颜色，实验现象明显，实验过程无NO2和NO气体排放，对环境无污染。

（作者单位：华容县第一中学）