铜与浓(稀)硝酸反应一体化实验改进研究

陈兰兰 杨双通

(贵州省黔东南州民族高级中学 556000)

一、问题的提出

铜与硝酸反应重点在于探究硝酸的强氧化性，进一步对氧化还原反应知识的应用.而在人教版高中学化学《必修1》中却没有对本实验进行描述，只是在课本《必修1》中列举出了铜与浓硝酸、铜与稀硝酸的方程式，从而得出硝酸与金属反应时因条件不同时，产物不同，这主要是硝酸具有强氧化性的原因导致的.通过教学笔者发现学生存在几个方面的问题：一是缺乏实验基础，学生很难从氧化还原的角度去理解硝酸的氧化性；二是在后面学习浓度对反应速率影响时缺乏知识储备；三是无法感受或体验氮的氧化物对生活环境带来的影响.

为了解决以上问题，很多教学一线的教师们在讲解本节内容时，采用旧人教版的内容对铜与硝酸反应的实验进行了补充，此外很多同仁对反应后产生的污染问题进行了诸多改进，例如对本实验的微型化、一体化改进研究.但是笔者发现还一些不足之处：

1.铜与浓硝酸反应没有在无氧的条件中进行，学生会质疑生成的红棕色气体NO2，是不是NO与O2反应得到的.

2.反应不能及时停止，浪费药品.

3.反应后残留的气体对师生的健康产生危害.

4.有的学生还质疑为什么铜与稀硝酸反应后溶液的颜色与铜与浓硝酸反应后溶液颜色不同？

针对以上问题，笔者查阅了相关的文献，发现贾超老师用植物油的改进、顾建鸣老师用移液管的套用、马东老师用医用加压球的改进以及张予松老师用长颈漏斗的一体化等实验得到了大家的认可.但是依然未能完全解决上述问题.因此笔者在他们的基础之上对本实验进行了改进，以便能够解决上述问题.

二、实验改进

1.实验用品

仪器：铁架台(2个)、带支U形管、分液漏斗、锥形瓶、矿泉水瓶、导管、橡皮管、针筒、橡胶塞等;药品：铜丝、CCl4溶液、浓硝酸、稀硝酸、蒸馏水、氢氧化钠溶液.

2.实验装置(如图所示)

3.实验操作

(1)组装仪器装置，检验装置气密性.

(2)向U形管中注入 CCl4溶液、浓硝酸，分液漏斗中装入稀硝酸.

(3)打开分液漏斗的活塞K1，抽动针筒，排尽右端U形管中空气.

(4)当看到U形管左端液面充满时，关闭K1，打开K2，观察U形左端现象.

(5)抽动右端铜丝，让其与浓硝酸反应，观察锥形瓶中鲜花颜色的变化，以及矿泉水瓶中导管内液面的变化.

(6)当看到锥形瓶中鲜花颜色褪去，关闭K2,打开K1，观察分液漏斗上口颜色变化.

(7)向分液漏斗中注入氢氧化钠，进行尾气处理.

(8)实验结束，整理实验桌.

4.实验现象

(1)观察到铜与稀硝酸反应产生无色气体，铜与浓硝酸反应产生红棕色气体，且铜与稀硝酸反应的速率慢于铜与浓硝酸的反应.

(2)当关闭K1,打开K2时，观察到锥形瓶内有红棕色气体，且鲜花被腐蚀，颜色褪去，当锥形瓶内气体到达一定程度时，矿泉水瓶中的水会沿导管上升到锥形瓶中，形成喷泉.

(3)当关闭K2，打开K1时，看到分液漏斗上口产生红棕色.

(4)当向分液漏斗中注入氢氧化钠时，气体红棕色消失.

三、实验创新之处

通过本实验的改进解决了上述提出的问题之外，还具有以下优点：

1.利用CCl4溶液，实现铜与浓硝酸、铜与稀硝酸反应一体化.

2.铜与浓硝酸、铜与稀硝酸反应形成对比，进一步加深学生认识浓度对速率的影响.

3.有利于进一步探究了氮的氧化物(NO、NO2)的性质.

4.模拟了氮的氧化物对环境的影响.

5.实验装置简单，易操作.

6.实验环保，易于在教学课堂中重复进行(只需更换铜丝即可).

四、注意事项

1.铜丝要多一些，便于增大反应的接触面积.

2.稀硝酸配制时，应控制浓度在体积比为1∶1，若稀硝酸浓度太稀反应时间较长，浓度太大可能会生成NO2.

综上所述，本实验的设计思路可以在探究浓度对化学反应的影响中进行推广，与此同时本实验装置可以用对有毒气体的处理提供一些参考.虽然本实验在实践中取得良好效果，但是实验能否将装置进一步微型化以及实验试剂四氯化碳的更换等方面还有很多思考的地方.书山有路勤为径，学海无涯苦作舟.创新之路需要慢慢的去体会和思考，只要大家不断的努力一定会取得良好的效果.