铜与稀硝酸反应实验的探究

樊耀平

【摘要】铜与稀硝酸反应实验的成功与否，对学生学习硝酸的氧化性有着重要的影响。文章从温度、浓度、催化剂多角度探究，完善铜与稀硝酸反应。

【关键词】实验探究；改进

一、实验在教学中的作用和地位

硝酸的强氧化性是中学化学教学的重要内容。浓、稀硝酸与铜的反应也是重要的演示实验，通过演示实验可以形成鲜明的对比，使学生掌握不同浓度的硝酸的强氧化性。苏教版教材采用试管实验，如图1装置。在课后“练习与实践”中，对铜与稀硝酸反应已有初步的改进，但还不够完善，存在大气污染。

二、存在的问题

1.教材中的试管实验，铜和稀硝酸反应，由于试管内存在空气，只能观察到红棕色气体，观察不到无色气体。

2.反应不能自行停止，只能等到硝酸或者铜片反应完，浪费药品。

3.NO，NO2是大气污染物，随意排放不利于师生健康，又污染空气。

三、实验探究

1.实验用品

仪器：U形管、单孔橡皮塞、直型分液漏斗、铁架台、漏斗、注射器、药匙。

药品：稀硝酸、铜丝圈、亚硝酸钠晶体、5%NaOH溶液。

2.实验的反应原理及改进装置

（1）主要反应原理：

3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

2NO+O2=2NO2

（2）装置，图2

在此装置中，U形管右端能收集到无色气体，打开分液漏斗活塞，直型分液漏斗中看到明显的红棕色。有助于学生对铜与稀硝酸反应产物的判断。但是，通过实验发现，在此装置中，铜与稀硝酸反应收集NO气体缓慢，从反应开始到溶液脱离铜丝，时间过长。

3.针对影响化学反应速率的因素——浓度，温度，催化剂逐一研究。

（1）浓度

苏教版教材中没有指明稀硝酸的浓度，浓度过低，不利于反应发生，濃度过高，会产生NO2 气体。通过实验，找到最合适的浓度。

（2）温度

在室温下进行实验，温度较低，反应缓慢。水浴加热，对比反应时间。根据不同浓度对实验影响结果，选择4mol/L、5mol/L、6mol/L硝酸，做对比试验。

（3）催化剂

①通过查阅武汉大学版《无机化学》P666页发现，NO2在此反应中起催化剂作用，NO2起传递电子作用：

Cu-2e-=Cu2+

NO2+ e-=NO2-

NO2-+H+=HNO2

HNO2+ HNO3=H2O+2NO2

②硝酸通过NO2获得还原剂的电子，反应加速。

但由于先期产生的NO与NO2在水溶液中反应，生成 NO2-：NO+NO2+H2O=2HNO2 ，所以，反应开始阶段收集不到NO。重复操作时，溶液中有一定量的NO2-，使反应加快。 NO2-离子的存在检验：用试管取2ml酸性高锰酸钾溶液，用滴管吸取U形管中少量反应后溶液，加入试管，酸性高锰酸钾溶液褪色。反应原理是：2MnO4-+5NO2-+6H+=2Mn2++5NO3-+3H2O。另取少量反应液，逐滴加入氢氧化钠溶液至开始产生蓝色沉淀时，再滴加AgNO3溶液，产生白色沉淀；最后，滴加稀HNO3，沉淀溶解。反应原理是： Ag++ NO2-=AgNO2↓ AgNO2+H+=Ag++ HNO2

4.实验步骤

（1）将仪器按照装置组装好，图2。

（2）将直型分液漏斗活塞打开 ，U形管加入少量NaNO2晶体，从U形管的左管口注入稀硝酸，一直注入液面接触直型分液漏斗活塞下沿，赶走U形管中的空气，关闭直型分液漏斗活塞。

（3）一段时间后可观察到U形管右管上方有无色气体；当反应到一定程度时，稀硝酸与铜丝脱离接触，反应自动停止，图3。

（4）将直型分液漏斗活塞慢慢打开，直型分液漏斗中有红棕色气体出现，图4，U形管的左管中的稀硝酸液面下降；

（5）实验完毕后，将直型分液漏斗取下， 向直型分液漏斗中加入NaOH溶液，吸收NO2气体。

5.实验结论

通过实验探究发现，5mol/L硝酸浓度最佳。在水浴和催化剂条件下，反应都明显加快。在此，采用加催化剂简洁、有效的手段完成实验。反应前，在U形管中加少量NaNO2晶体，可加快反应，适合边讲边实验。

四、实验优点

1.装置简单，操作方便，成功率高。2.铜与稀硝酸反应生成无色气体，解决教材实验生成红棕色气体问题，说服力强。3.整个装置污染小，有害气体直接吸收，安全可靠。4.整个实验时间合适，便于课堂演示 。

【参考文献】

[1]袁鸿志.铜与稀硝酸反应的研究性实验设计探索[J].化学教学，2006（8）：10-12.