銅與硝酸實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)研究

文章編號(hào)：1005－6629(2008)08－0080－02中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

［題目］

某化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)對(duì)銅與硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行下列幾方面的研究。

(1)用銅屑與稀硝酸反應(yīng)的反應(yīng)速率較慢，為加快反應(yīng)的速率，可采取的措施是_________或________。

(2)銅與稀硝酸反應(yīng)的離子方程式為：__________在做銅與稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，常觀察到試管內(nèi)生成的氣體為淺紅棕色，其原因是____________，為了能直接觀察到試管內(nèi)的生成的氣體的顏色，可在往稀硝酸中加入銅的同時(shí)，加少量的碳酸鹽即可達(dá)目的。那么加入碳酸鹽的目的是__________________。

(3)在做銅與濃硝酸反應(yīng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)小組為了減少污染，設(shè)計(jì)了以下4種裝置，希望既能觀察到反應(yīng)現(xiàn)象又能在不拆卸、增加儀器的情況下使NO2被吸收(注：NaOH溶液可吸收NOx)以避免污染環(huán)境。他們?cè)O(shè)計(jì)的裝置中能達(dá)到目的的是_____(填序號(hào))。

(4)實(shí)驗(yàn)小組利用上圖中____的裝置(填序號(hào))，可以在不拆卸、不增加儀器的情況下，用同一裝置先后連續(xù)完成銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)。要達(dá)到此目的，棉球a醮的溶液是_____，液體b為____。

［命題意圖］

銅與稀、濃硝酸的反應(yīng)，因?yàn)樵瓉斫滩牡膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和反應(yīng)本身的缺陷，在實(shí)驗(yàn)中對(duì)實(shí)驗(yàn)室和教室形成的氮的氧化物的污染，以及銅與稀硝酸反應(yīng)時(shí)反應(yīng)的速度太慢和不容易觀察到無色的一氧化氮?dú)怏w，一直是師生研究實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的熱點(diǎn)問題，結(jié)合這一問題，我們把實(shí)驗(yàn)中存在的問題在教學(xué)中交給學(xué)生，組織學(xué)生在課外實(shí)驗(yàn)探究中對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，結(jié)合同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)中的研究成果創(chuàng)作了些題。通過此題的解答，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)新能力。

［試題點(diǎn)評(píng)］

1.注重了新舊知識(shí)的融會(huì)貫通和綜合

在(1)小題中要求學(xué)生用化學(xué)反應(yīng)速率的知識(shí)來解決銅和稀硝酸反應(yīng)速率較慢的實(shí)驗(yàn)問題， 在第(2)小題中用碳酸鹽和硝酸反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳來驅(qū)出試管中的空氣，從而排除空氣中的氧氣對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的干擾，都是要求對(duì)學(xué)過的知識(shí)綜合運(yùn)用來解決實(shí)驗(yàn)問題，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用、求實(shí)創(chuàng)新的精神。

2.重視環(huán)保、體現(xiàn)綠色化學(xué)的理念

銅與硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生的氮氧化物一直是污染教室和實(shí)驗(yàn)室的空氣影響師生健康的老問題，試題的編制結(jié)合學(xué)生的探究裝置，雖然簡(jiǎn)略了實(shí)驗(yàn)步驟，讓學(xué)生通過分析裝置去分析和再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程而解決問題，達(dá)到綠色實(shí)驗(yàn)消除污染的目的，有如讓學(xué)生親臨其境的感覺。

3.重視了簡(jiǎn)單的科學(xué)研究方法的訓(xùn)練

用學(xué)生熟悉的化學(xué)知識(shí)進(jìn)行科學(xué)探究，(3)給出了四種裝置和必備的陌生知識(shí)的提示，要達(dá)成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，學(xué)生必需結(jié)合知識(shí)提示和操作技能對(duì)四種裝置逐次分析，其中自然融會(huì)和滲透了探究方法的訓(xùn)練和考察。

4.試題有梯度，由易到難，面對(duì)不同層次的學(xué)生，發(fā)揮出不同的水平，從最熟悉的知識(shí)入手，可以展現(xiàn)不同的創(chuàng)新能力。

［問題拓展］

在不改變?cè)}思路的前提下，當(dāng)學(xué)生生源質(zhì)量較高的班次使用該題時(shí)，可以用如圖：

來替換原題中的圖③，從而使題(4)具有一定的開放性。

［解題思路］

(1)此小題結(jié)合考察了化學(xué)反應(yīng)速率的知識(shí)，反應(yīng)溫度和反應(yīng)物接觸面的大小可以改變化學(xué)反應(yīng)速率，針對(duì)所有學(xué)生來說應(yīng)該不難得出答案。

(2)此小題難度稍有遞進(jìn)，但是由基礎(chǔ)逐漸遞進(jìn)：3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O；試管內(nèi)的空氣中的氧氣將反應(yīng)生成的NO氧化成了紅棕色的NO2；反應(yīng)生成了CO2排除了試管中的氧氣和空氣，進(jìn)而消除了干擾。

(3)此小題難度較大，必需對(duì)4個(gè)裝置逐一分析，并考慮在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該如何操作，對(duì)于裝置①應(yīng)將U形管向右偏轉(zhuǎn)，讓濃硝酸與螺旋狀鋼絲接觸，產(chǎn)生NO2氣體后再扶正U形管，使銅絲脫離和硝酸的接觸，反應(yīng)終止；對(duì)于裝置③應(yīng)該先關(guān)閉止水夾，產(chǎn)生的NO2氣體進(jìn)入注射器后再打開止水夾，同時(shí)還應(yīng)該考慮到b試管中這里應(yīng)該是盛裝的氫氧化鈉溶液，才能繼續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生的NO2氣體，才能得出答案為①、③。

(4)此小題看似為該題中難度最大的，但只要對(duì)4個(gè)裝置重新分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，只有裝置③中，除濃硝酸以外，有可以利用倒吸稀釋濃硝酸的水而變成硝酸。所以第一空答案只有③、棉球a蘸的物質(zhì)是：氫氧化鈉溶液、液體b為：蒸餾水。

［答案］

(1)對(duì)反應(yīng)物適當(dāng)加熱；或者將反應(yīng)中的銅屑改成銅粉。(二空的答案可以交換位置)

(2)3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O；試管內(nèi)的空氣中的氧氣將反應(yīng)生成的NO氧化成了紅棕色的NO2；反應(yīng)生成了CO2排除了試管中的氧氣和空氣，進(jìn)而消除了干擾。

(3)①、③

(4)③；氫氧化鈉溶液；蒸餾水。

［使用記錄］

此題原創(chuàng)出后作為成都市2003屆高三第二次診斷題中理科綜合試題中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)題，在成都市和全川第一次使用，并被一些教學(xué)雜志轉(zhuǎn)載和分析使用。從該題使用情況看，在第(1)小題閱卷情況看，部分學(xué)生不是從改變化學(xué)反應(yīng)速率的因素來思考問題，而是從原電池的角度來考慮，有加入銀粉的問答，顯然從制備氣體來看是不經(jīng)濟(jì)的，也不符合題目的要求。(3)、(4)小題對(duì)于優(yōu)生來說才能回答完全。總的看來普遍反應(yīng)和評(píng)價(jià)較高。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚宗俊，唐松林.銅與稀濃硝酸反應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教育，2004(4)：57.

[2]譚宗俊，向雪皚.讓學(xué)生在課外實(shí)驗(yàn)探究中培養(yǎng)自身的科學(xué)素養(yǎng)[J].化學(xué)教育，2007(4):54-56.

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