稀硝酸反应实验装置的改进及实验探究

铜与浓、稀硝酸反应实验装置的改进及实验探究
[摘要]高中化学必修1（苏教版）中对铜与浓硝酸反应的演示实验存在许多缺陷，在实际教学中实验现象与所要说明的问题存在着差异。

本文对此实验的装置进行了改进，实验现象明显，与理论相符合，同时可控制反应的发生与停止，便于教师边实验边讲解。

根据每一步实验现象引导学生思考，培养学生的实验探究能力。

[关键词]缺陷改进评价
一、问题的提出
普通高中课程标准实验教科书·化学（苏教版，必修1）第101页，关于铜与浓硝酸反应的演示实验，按照教材中方法实验存在以下缺陷：
1．由于不能排尽试管内的空气，会使学生产生铜与浓硝酸反应先产生NO，NO又被氧化成NO2.的误解。

2．实验后，缺少NO2、NO气体的处理，可能造成多余的NO2、NO有毒气体外漏，不利于环保。

3．继续加水演示铜与稀硝酸反应时，生成气体很难确定是NO气体，而且该反应不便控制，既浪费了药品，又污染了环境。

为此在参考同行实验设计的基础之上，结合教材中书后习题的要求，对该实验作了适当改进。

改进后的实验原理简单，操作方便，且实验可重复操作，现象明显，体现绿色化学思想。

另一优点是安全省时，可随时控制反应的进行，便于课堂上边实验边讨论，更符合教学要求，在提高学生探究能力的同时，注重了学生创新思维能力的培养。

现简介如下：
二、实验设计原理
该实验分别演示了铜与浓、稀硝酸反应，用可移动的铜丝代替铜片，便于反应的控制；通过组合实验，收集铜与稀硝酸产生的气体，吸入空气观察颜色变化，探究了NO气体的生成；用NaOH溶液吸收NO2、NO气体，避免有毒气体的外漏。

三、实验用品
仪器：支管试管（20mm×200mm）、分液漏斗、橡皮塞、导管、三通管、止水夹、洗气瓶、烧杯
药品：铜丝、浓硝酸（15mol·L—1）、NaOH溶液（6mol·L—1）
四、实验装置（装置图中的铁架台省略）
NaOH溶液
五、实验步骤及现象
按图示连接好装置，并装好试剂（A中装5ml浓HNO3，分液漏斗中装4ml 水）。

先关闭K2、K3、K4，打开K1，通入一定量CO2，以排尽A、B装置中空气。

1、铜与浓硝酸反应
（1）先关闭K2、K3、K4，打开K1。

（2）将铜丝插入浓硝酸（A）中，此时铜与浓HNO3立即反应，在A中充满红棕色气体，溶液变蓝色，经过装置B、C后气体变成无色。

该反应装置不但可探究铜与浓HNO3反应的产物，而且NO2通过B、C装置中能被NaOH溶液完全吸收，让学生确立环境保护意识。

此过程中的反应为：
Cu+4HNO3（浓）＝Cu(NO3)2+NO2↑+2H2O
2NO2+2NaOH＝NaNO3+NaNO2+H2O
（3）待观察到上述现象后，将铜丝抽离浓HNO3，反应立即停止。

（4）打开分液漏斗，往A中加4ml水，静置，观察A中气体颜色变化，一段时间后试管内气体变为无色，可让学生探究气体颜色变化的原因。

此过程中的反应为：3NO2+H2O＝2HNO3+NO。

2、铜与稀HNO3的反应
（1）关闭K1，打开K2、K3。

（2）将铜丝插入稀HNO3（（A）中，观察到铜丝表面有气泡产生，液面上方气体为无色，装置D中液面下降。

当液面下降至图示虚线时，将铜丝抽离稀HNO3，关闭K2。

此过程中的反应为：3Cu+8HNO3（稀）＝3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O
（3）打开K4，吸入空气（打开K4时，集气瓶与外界相通，由于重力作用，瓶内液体下降，瓶内气体压强降低，故将空气吸进集气瓶内），然后关闭K4。

此时观察到集气瓶（D）中无色气体变为红棕色，证明收集到的无色气体为NO。

反应一段时间后，气体颜色逐渐变浅，直至无色，且液面上升，同时会吸入C中的NaOH溶液。

这是由于
生成的NO2气体与吸入空气中的氧气和水反应，使得的集气瓶内气体压强降低的缘故。

（如果重复步骤（2）、（3），仍然可观察到上述现象）
此过程中的可能发生的反应为：
2NO+O2＝NO2，
2NO2+2NaOH＝NaNO3+NaNO2+H2O，
NO2+NO+2NaOH＝2NaNO2+H2O。

NO能被完全吸收。

六、实验设计评价
1、该实验装置所用的仪器均为常规仪器，制作简单，操作方便，实验现象明显。

2、反应可以随时控制，减少药品的浪费，同时避免环境污染。

3、本装置涉及反应原理较多，既有铜与浓、稀HNO3反应现象的观察及其产物的验证和探究，又有关于NO、NO2的部分性质实验验证。

整套装置处于密闭系统，确立绿色化学实验思想，对于产物NO的探究，更能培养学生对知识理解的能力。

4、此装置还可应用于对铜与浓硫酸的反应实验。

参考文献
1、吴俊明编著．中学化学实验研究导论．江苏教育出版社．1996 ：132
2、谭云生．铜与浓、稀硝酸反应的实验创新设计．实验教学与仪器．2006、5期：31
3、胡绮凤，白晓红．铜与浓、稀硝酸反应实验的的改进[J]．中学化学，2008，（8）。