铜与稀硝酸反应及NO性质的环保型实验装置

潘祥泰

1问题提出

现用鲁科版教材高一化学课本中铜和稀硝酸反应的实验：在试管中放入一小块铜片，加入少量稀硝酸，立即用蘸有氢氧化钠溶液的棉花封住试管口，观察试管中产生的现象。用此装置做实验存在以下缺陷：①由于实验时试管内的空气未能排尽，生成的NO会被氧气氧化成为红棕色的NO₂，学生难以观察到无色的NO气体的生成，进而难以从实验现象中直观地得出“铜与稀HNO反应生成无色NO”的结论；②教材中未讲述NO不溶于水的验证实验，学生对此没有直观的认识，难以形成深刻的记忆；③蘸有NaOH的棉花无法完全吸收产生的NO、NO₂气体，在拆除实验装置时，有大量气体外漏，不利于环保。笔者对该实验的反应装置进行了改进，简述如下。

2实验装置

实验装置如图1所示。

3实验用品及实验步骤

3.1实验用品

U型管1支，具支试管1支，30mL注射器1支，10mL注射器1支，输液管，单孔橡皮塞3个，乳胶管，玻璃管，止水阀2个，烧杯2个，玻璃珠，稀硝酸（4mol/L），铜片，30mL O₂，蒸馏水，NaOH溶液。

3.2实验操作步骤

3.2.1NO气体的制备

（1）按照如图1所示实验装置组装好仪器，检查装置气密性。

（2）向U型管左边的支管中加入玻璃珠，目的是减少稀硝酸的用量。将铜丝绕成螺旋状，放人U型管右边的支管中。连接好实验装置，关闭止水夹a、b。

（3）往漏斗中注入预热的稀硝酸，淹没铜丝，至右边支管橡胶塞下端。将具支试管中装满水，注射器中收集30mL的氧气。

（4）铜与稀硝酸反应生成无色气体，溶液变为蓝色；由于反应产生了气体，导致U型管内压强增大，U型管中的溶液不断压入漏斗中，直至铜丝与稀硝酸脱离，反应停止，可以观察到U型管右边支管内生成的无色气体。

（5）静置一段时间后，打开止水夹a，通过排水法将NO气体收集到具支试管中，当U型管右边支管中的液体淹没铜丝至橡胶塞下端时，关闭止水夹a，可以观察到具支试管内的气体是无色的。₂3.2.2NO气体的性质实验

打开止水夹b，将注射器内的氧气注入到具支试管中，可以看到具支试管内的气体迅速由无色变为红棕色。发生的化学反应为：

2NO+O₂=2NO₂

片刻，烧杯中的水被倒吸进入具支试管中，最终，具支试管下半部分为无色溶液，上半部分为无色气体。发生的化学反应为：

3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO

3.2.3有毒气体的吸收处理

另取1支10mL注射器，吸取适量的氢氧化钠溶液注入到具支试管中，吸收多余气体。发生的化学反应为：

NO+NO₂+2NaOH=2NaNO₂+H₂O

2NO₂+2NaOH：NaNO₃+NaNO₂+H₂O

4实验优点

（1）实验中能清晰地观察到铜与稀硝酸反应生成的是无色的NO气体，并且NO不溶于水可用排水法收集并储备，验证了NO遇O₂后会立即发生反应生成红棕色的气体。

（2）反應自始至终均处于密闭体系中，对有毒气体进行了全封闭处理，操作简便，安全环保。

（3）实验装置简单，组装容易，可重复使用。不仅适用于教师演示教学，还可用于学生探索性实验。

5实验注意事项

（1）稀硝酸的浓度以4mol/L为宜，如果室温低，反应较慢，可以将U型管放入盛有60℃左右的热水的烧杯中，加快反应速率。

（2）使用玻璃珠的目的是填充U型管，减少稀硝酸的用量，同时可以用于固定铜丝的高度。