銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

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銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

湖北省黃岡市紅安縣第一中學(xué)柯國(guó)祥王衛(wèi)明

銅與硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)中很重要的實(shí)驗(yàn)之一。高中教材中有銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，裝置圖如下：

以上實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)有：1、即使有氫氧化鈉溶液處理氣體產(chǎn)物，但處理效果不佳，很易污染環(huán)境，威脅教師、學(xué)生的健康；2、由于反應(yīng)固體和液體不易分離，無法控制實(shí)驗(yàn)的結(jié)束；3、實(shí)驗(yàn)所用試劑較多，造成試劑浪費(fèi)；4、無法證明銅片與稀硝酸反應(yīng)的產(chǎn)物是NO。

針對(duì)以上問題，我對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)做了如下的改進(jìn)。

實(shí)驗(yàn)原理：

涉及到的化學(xué)反應(yīng)：Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O；

3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O；2NO+O2=2NO2；

NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O;2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O

實(shí)驗(yàn)用品

儀器：注射器1個(gè)，小藥瓶4個(gè)。

試劑：銅片、濃硝酸、稀硝酸、NaOH溶液。

實(shí)驗(yàn)過程：

實(shí)驗(yàn)一向注射器中裝入一片銅片，小藥瓶中盛裝濃硝酸。將針頭插入小藥瓶，向后拉推桿吸取少量濃硝酸，觀察現(xiàn)象。銅片與濃硝酸劇烈反應(yīng)，生成紅棕色氣體。輕推注射器推桿，使液體與銅片分離從而反應(yīng)停止。看到原盛有濃硝酸的小藥瓶中的液體變?yōu)樗{(lán)色。之后拔出針頭，迅速插入另一盛有NaOH溶液的小藥瓶中，緩慢推注射器推桿，使殘留在注射器內(nèi)的氣體被NaOH溶液吸收。又看到原盛有NaOH溶液的小藥瓶中紅棕色氣體消失。

結(jié)論為：發(fā)生反應(yīng)Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O；

2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O

實(shí)驗(yàn)二繼續(xù)用實(shí)驗(yàn)一所用注射器和銅片，將針頭插入盛裝稀硝酸的小藥瓶，向后拉推桿吸取少量稀硝酸，觀察現(xiàn)象?？梢钥吹姐~片與稀硝酸反應(yīng)較緩慢，生成無色氣體，進(jìn)入注射器的無色液體變?yōu)樗{(lán)色。一段時(shí)間后，輕推注射器推桿，使液體與銅片分離從而使反應(yīng)停止。再拔出針頭，迅速向后拉注射器推桿，觀察現(xiàn)象?？吹娇諝膺M(jìn)入后無色氣體變?yōu)榧t棕色。之后將針頭插入另一盛有NaOH溶液的小藥瓶中，緩慢推注射器推桿，使殘留在注射器內(nèi)的氣體被NaOH溶液吸收?？吹皆⒂蠳aOH溶液的小藥瓶中紅棕色氣體消失。

結(jié)論為：發(fā)生反應(yīng)3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O；

2NO+O2=2NO2；NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O;

實(shí)驗(yàn)成功關(guān)鍵點(diǎn)

由于銅與濃硝酸反應(yīng)很劇烈，應(yīng)用注射器吸入很少量的濃硝酸，只要能觀察到明顯的紅棕色氣體即可。否則注射器針頭在轉(zhuǎn)移到另一盛有NaOH溶液的小藥瓶中的過程中會(huì)使NO2泄露，造成污染。

該實(shí)驗(yàn)無法加熱，為了加快銅與稀硝酸反應(yīng)的速率，可適當(dāng)增大稀硝酸的濃度。

用NaOH溶液處理氣體產(chǎn)物時(shí)，推注射器推桿一定要緩慢，否則會(huì)因小藥瓶?jī)?nèi)氣壓過大而出現(xiàn)事故。

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新之處

試劑用量少。整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，所需試劑為一片銅片、約10ml濃硝酸、約10ml稀硝酸、20mlNaOH溶液，用品只需注射器1個(gè)，小藥瓶4個(gè)，試劑用量大大減少，材料簡(jiǎn)單易得且可重復(fù)多次使用。

實(shí)驗(yàn)污染小。反應(yīng)物用量少，則生成的有毒氣體少。同時(shí)，緩慢推注射器推桿的操作也可使有毒氣體被吸收得更充分。

操作簡(jiǎn)單易行。由于操作簡(jiǎn)單，此實(shí)驗(yàn)適合學(xué)生做小型分組實(shí)驗(yàn)，克服了只由教師作演示實(shí)驗(yàn)而學(xué)生觀察效果不太好的缺憾。

可隨時(shí)控制實(shí)驗(yàn)的開始和結(jié)束。拉注射器推桿可使銅與硝酸接觸從而使反應(yīng)發(fā)生，推注射器推桿可使銅與硝酸分離從而使反應(yīng)結(jié)束，操作簡(jiǎn)單可行。

現(xiàn)象明顯，對(duì)比效果好。

利于對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的研究。反應(yīng)剩余的液體在原盛裝有硝酸的小藥瓶?jī)?nèi)，反應(yīng)剩余的氣體可短時(shí)保留于注射器中，可取樣后對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)一步研究。生成NO后，在空氣中迅速向后拉注射器推桿，可使空氣進(jìn)入注射器內(nèi)，無色氣體變?yōu)榧t棕