銅與濃硝酸的反應速度何以先慢后快

文章編號:1005-6629(2010)07-0081-02 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

Cu跟濃HNO3在低溫時，剛開始反應速度比較慢，這是事實。但是筆者從《化學教學》2009年12期3頁上見到有作者竟指出，“在0 ℃～10 ℃的較低溫度下，Cu跟濃HNO3會出現異常，反應難以發生”。該作者曾在《化學教學》1996年7期第39頁上對此還有如下的解釋:低溫時， Cu(NO3)2在濃HNO3中的溶解度較低，在銅的表面生成的Cu(NO3)2不能及時擴散到溶液中去，而是覆蓋在銅片的表面，發生了一種類似鈍化的現象。

下面擬想就上述解釋和Cu與濃HNO3的反應速度何以先慢后快作進一步討論。

第一，Cu跟濃HNO3在低溫時的反應速度慢是事實，但是遠不可以用“異常” ﹑“難以發生反應“去形容。因為，即使把Cu片放入用冰鹽水降溫到-4 ℃～-6 ℃的濃HNO3中，Cu片周圍都可以立等可見生成淺綠色 → 綠色的Cu(NO3)2溶液(溶有NO2的硝酸銅溶液呈綠色)。

第二， Cu(NO3)2在水中溶解度之大是很少見的(見下表)。

可見，說Cu跟濃HNO3 反應“生成的Cu(NO3) 2在濃HNO3中的溶解度較低，會在Cu片表面形成一種類似鈍化現象”的解釋是缺少邏輯和事實根據的。

本來濃HNO3具有很強的氧化勢(E =0.77V)可以氧化Cu，至于何以低溫時的反應速度慢，溫度低本身就是導致反應速度慢的重要外因。

不知讀者是否注意到了，即使溫度很低，Cu跟濃HNO3反應的速度也會很快(比較而言)。下面的實驗或許可以使我們獲得更多的認識。

兩個試管都注入相同體積的濃HNO3，讓其中的左管通入少量(幾個氣泡)NO2(溶有NO2的濃HNO3呈淡黃色)，當同時在兩管中放入大小相同的Cu片時，你會發現左管在同樣的低溫下(0℃～10℃)的反應速度明顯比右管要快得多，溶液很快變成較深的綠色(溶有NO2的Cu(NO3)2溶液呈綠色)。

溶有NO2的濃HNO3為什么會迅速啟動它跟Cu的反應， 使反應速度會明顯加快的原因是這樣解釋的。

第一，溶有NO2的濃HNO3中含有氧化性比濃HNO3更具有強氧化性的HNO2(E =0.99V)。

NO2+H2O=HNO3+HNO2

這種解釋還可以用下述的實驗作證:如果你發現低溫時Cu跟濃HNO3反應速度較慢，你只須向溶液中投進米粒大小的一點NaNO2晶體，反應所提供的HNO2和NO2就會使Cu跟硝酸的反應被啟動，使反應立即劇烈起來。

NaNO2+HNO3=HNO2+NaNO3

2HNO2=H2O+NO+NO2

第二， 從反應機理上看[1]，濃硝酸的氧化性與硝酸中經常會存在由光化分解而生成的NO2的催

化作用有關。這里NO2有起著傳遞電子的作用:

NO2+e-=NO2-

NO2-+H++=HNO2

HNO3+HNO2=H2O+2NO2

硝酸通過NO2獲得還原劑(Cu)的電子，反應便被加速。發煙硝酸和溶有NO2的濃HNO3具有比純的濃HNO3有更強的氧化性和更快的反應速度，正是因為在酸中已經有了氧化性更強的HNO2和起催化作用的NO2所致。

綜上，Cu跟濃HNO3反應，最初速度慢的原因，一是溫度低，二是沒有生成具有更強氧化性的HNO2和具有催化作用的NO2;爾后的反應快，恰恰是反應自身生成了氧化性更強的HNO2， 和聚集了越來越多起催化作用的NO2;再加上反應過程的放熱導致溫度升高，更增強了硝酸的氧化性，所以后來的反應速度會越來越快，這當然就是自然的事了。

參考文獻:

[1]曹錫章﹑張畹蕙等修訂.無機化學 第二版(下冊)北京:高等教育出版社，1988:118.