铜与浓、稀硝酸反应实验的绿色化设计

高璇

摘 要：通过对教材中铜与浓、稀硝酸反应实验的学习，根据所掌握的理论知识，发现教材中的实验设计存在一些不足。本文结合相关知识对此反应进行了部分改进，使实验过程可以更加环保，让实验现象更加容易观察，同时改进后的实验在操作上也更加简便，并且易于调控。

关键词：铜;浓、稀硝酸;实验;绿色设计

在高中化学实验的学习中，发现铜与浓、稀硝酸的反应实验在证明硝酸的强氧化性上具有十分重要的作用。但是通过对实验的实际操作，发现按照教材中的设计进行相应反应实验时，会有很多一些不足之处。其中最为明显的两点就是：①实验的可调控性不强，在实验过程中硝酸经反应会产生NO2，但是因为不能对实验进行控制，NO2常常会散发到空气中，对环境造成污染;②因为反应是在试管中进行的，而试管中原有的空气会将铜与稀硝酸反应得出的NO氧化，形成红棕色的NO2，这种红棕色的气体就极易将无色的NO掩盖，使观察者不能清晰观察到NO，也不能发现NO与NO2之间的反应过程。针对以上不足之处，本文对此实验进行改进设计，将反应容器由原来的试管改为移液管，通过这种改进，不仅实验现象更加明显，实验操作过程也更加简便，而且在实验过程中还不会对环境造成污染，实现了反应实验的绿色化。

1.与浓硝酸反应

1.1具体操作

选取容量为25ml的移液管一支，在移液管中插入一根铜丝并确保铜丝的末端已插入移液管的球泡中，此时为了防止铜丝在反应过程中出现移动可以将铜丝上端稍稍进行弯曲并卡在移液管的内壁上，也可以根据实际的使用需求选择适当的位置将其悬挂。在将铜丝固定后，需要对移液管进行操作，首先就是要将乳胶管与移液管进行连接，并且乳胶管还要配有止水夹。然后准备装有适量浓硝酸的烧杯，并将移液管的下端插入浓硝酸液面以下。在这些操作结束后开始反应实验，首先打开止水夹使用洗耳球直至烧杯中的浓硝酸经移液管与铜丝接触发生反应，此时关闭止水夹。观察可发现移液管中有大量红棕色气体产生，并且移液管中的液体颜色也变成了蓝绿色。当移液管中液面下降并不再与铜丝接触时，反应中止。此时松开止水夹使移液管中的液体流入烧杯中，当即将流完时关闭止水夹。稍后将移液管插入另一装有NaOH溶液的烧杯中，再次打开止水夹通过洗耳球向移液管通气并将NO2气体都排入烧杯的NaOH溶液中。

1.2实验优点

①改进后的实验装置在操作上更加简便，并可循环使用;②反应过程中的现象更加明显，因反应发生在移液管中，反应位置较高，可以使观察者清晰观察到所产生的红棕色的NO2气体;③改进后的装置在操作上更容易调控，可根据实际需求随时终止反应的发生，即只需让移液管中的液体与铜丝分离;④在改进后的实验中，仪器的用途更加广泛，而且在反应物的使用上也更加节省;⑤整个实验都发生在密闭的环境中，不论是反应过程中还是反应结束后，有毒气体都不会逸散到空气中对环境造成污染，并且反应后的产物也更容易处理。

2.与稀硝酸反应

2.1具体操作

与浓硝酸实验一致，在与稀硝酸的进行装置配置时也应选取一支移液管，并在其内壁上固定一根长铜丝，同时还应在移液管上管口连接带止水夹的乳胶管。稍后在烧杯中放入稀硝酸并将移液管移入烧杯中，使其下管口与稀硝酸相接触，通过洗耳球使稀硝酸被吸入移液管中直至到达指定为止，关闭止水夹使稀硝酸停止上升。此时就可以清楚观察到铜与稀硝酸在移液管中发生反应，不仅有气泡开始附着于铜丝表面，移液管中的液体夜色也发生了变化，并且液面也开始下降。此时移液管中已充满反应后的无色液体。当铜丝与液面不再接触时，反应也中止。此时松开止水夹使空气进入移液管中，观察者就可清楚看到移液管中的气体变成了红棕色，并将移液管中的液体缓慢推入烧杯中。当液体即将流尽时，将移液管下管口插入装有NaOH溶液的烧杯中，并向移液管中缓慢通入空气将移液管中的NO2气体全部推送入NaOH溶液中，被吸收处理。

2.2实验优点

①改进后的实验装置在操作上更加简便，并可循环使用;②反应过程中的现象更加明显，因反应发生在移液管中，反应位置较高，可以使观察者清晰观察到所产生的NO是一种无色气体，并在与空气接触后就会被氧化成红棕色的NO2;③改进后的装置在操作上更容易调控，可根据实际需求随时终止反应的发生，即只需让移液管中的液体与铜丝分离;④在改进后的实验中，仪器的用途更加广泛，而且在反应物的使用上也更加节省;⑤整个实验都发生在密闭的环境中，不论是反应过程中还是反应结束后，有毒气体都不会逸散到空气中对环境造成污染，并且反应后的产物也更容易处理。

结束语

改进后的装置显著提高了我们对铜与浓、稀硝酸反应的观察兴趣，通过实验中环保理念的加入，也能更加清醒认识到NO2气体的有害性。通过参与实验改进的设计过程，并进行实际操作，不仅加深了对铜与浓、稀硝酸反应过程的记忆与理解，也提升了对实验装置的合理配置及使用处置能力。在选取实验装置的过程中也对不同装置的用途和效果再次加深了印象，对之后的实验选材起到了极大的指导作用。而且亲自参与对实验的改进与设计还能大大提升对高中化学实验的兴趣，并逐渐重视不同实验过程中对环保的要求，无形之中就使环保意识得到了显著提升。而且在今后的学习与实验过程中，这种严谨求实的作风将会一直伴随自己的求学生涯。此次改进实验有效激发了我的拓展思维，并极大地培养了自我创新的能力以及对科学实验过程的探索能力。

參考文献

[1]彭运定.铜和浓硝酸、稀硝酸反应创新设计.[J].发明与创新（中学生），2013（7）：42-42.

[2]于永民，邹正良，李胜荣.铜与浓、稀硝酸反应实验装置的创新设计.[J].化学教育，2015，36（1）：65-66.

[3]陈海涛.铜与硝酸反应实验的创新设计.[J].实验教学与仪器，2017，34（2）：31-32