再談蘇教版中銅與稀硝酸反應實驗裝置的改進

楊友智

摘要：銅與稀硝酸反應制取ＮＯ的反應一直是中學化學必做的演示實驗。蘇教版新教材對該實驗的裝置進行了改進，但實驗裝置仍存在一些弊端。故筆者對該實驗的裝置進行了進一步的改進。改進后的實驗，操作簡單，現象明顯，對照性增強，效果良好， 也達到了環保的要求。

關鍵詞：銅與稀硝酸；ＮＯ和ＮＯ２；實驗裝置改進

文章編號：1008-0546（201１）０５-00９３-0２中圖分類號：G63３．８文獻標識碼：Ｂ

doi：10.3９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０５４６．２０１１．０５．０４４

蘇教版新教材《化學１》中雖然對銅與濃、稀硝酸的反應裝置做了改進，但筆者認為仍然不夠理想，它依然存在污染問題，且難以終止反應，故筆者在教學過程中也嘗試了對實驗裝置的改進。這套改進裝置操作簡單，現象明顯，構思巧妙，可視性強，不但能控制反應時間，而且能避免一氧化氮、二氧化氮對教室內空氣的污染。更加精彩的是改進裝置能靈活操作且具有很高的趣味性，試劑用量又少。如果所帶班級較多，不用拆換裝置即可重復使用。

一、現行實驗存在的缺點

蘇教版現行教材中所設計的銅和濃、稀硝酸反應是在試管中進行的，并用排水法把ＮＯ收集在集氣瓶中，該實驗存在如下的缺點：

（１）試管內空氣未排凈，不易觀察到無色的ＮＯ的生成。即使可以用排水法收集到ＮＯ，也沒有說服力，因為收集到的無色的ＮＯ可能是由ＮＯ２與水反應生成的。

（２）實驗完畢后，無法使反應立即停止，一旦銅片和稀硝酸反應產生的ＮＯ過多，會使其向空氣中逸散，污染空氣。

（３）取下蓋玻片觀察ＮＯ和Ｏ２生成ＮＯ２時，會造成大量有毒氣體ＮＯ２的逸出，污染環境。

（４）處理尾氣ＮＯ時，ＮＯ為不成鹽化合物，用ＮａＯＨ吸收效果差，會有大量的ＮＯ逸出，污染環境。

基于上述原因，必須改進該實驗裝置。

二、實驗改進目的

（１）銅與稀硝酸反應能自動停止，防止ＮＯ過多。

（２）反應后，能有效的通入空氣，證明ＮＯ；同時還要防止ＮＯ及生成的ＮＯ２逸散到空氣中。

三、改進實驗儀器及用品

儀器：帶支管的試管（２個），帶支管的注射器（改進），單孔橡皮塞，分液漏斗（２個），鐵架臺，小磁鐵（２個），膠頭滴管，止水夾（２個）。

藥品：稀硝酸，銅絲圈，ＭｎＯ２，Ｈ２Ｏ２，ＮａＯＨ溶液，石蕊試液。

四、實驗裝置圖

（實驗裝置如圖所示）

五、實驗操作及說明

（１）關閉止水夾Ｅ和Ｆ，塞上Ｂ處橡膠塞，注水至支管口處，塞上盛有石蕊試液滴管的活塞。

（２）在左側試管中放入帶銅絲的小磁鐵，并在試管外壁上再用一個小磁鐵吸住內側小磁鐵，慢慢下滑，使銅絲和稀硝酸接觸反應，并塞上盛有ＮａＯＨ溶液的分液漏斗。

（３）打開止水夾Ｅ和下端橡皮塞Ｂ，會發現注射器中液面下降。

（４）當液面下降到大約注射器一半時，慢慢上提左側試管外壁小磁鐵，使內側小磁鐵帶動銅絲上升，和稀硝酸脫離，使反應停止。

（５）關閉止水夾Ｅ，打開止水夾Ｆ，并打開右側盛有Ｈ２Ｏ２的分液漏斗的活塞Ｃ，使Ｈ２Ｏ２滴下，在ＭｎＯ２的催化作用下反應放出Ｏ２。

（６）觀察注射器中現象，發現注射器中氣體由無色變為紅棕色，最后又變成無色，且液面上升。

（７）當液面上升到接近原處時，關閉止水夾Ｆ，關閉右側盛有Ｈ２Ｏ２的分液漏斗的活塞，擠入石蕊試液，觀察到注射器中溶液呈紅色，說明溶液呈酸性。

（８）實驗完畢后，打開右側盛有Ｈ２Ｏ２的分液漏斗的活塞，打開止水夾Ｅ和Ｆ，使左側試管中的ＮＯ和右側產生的Ｏ２反應生成ＮＯ２，同時打開盛有ＮａＯＨ溶液的分液漏斗的活塞Ｄ，使ＮａＯＨ溶液與試管中的稀硝酸和ＮＯ２反應，防止尾氣逸出。

六、實驗涉及的化學方程式及結論

銅與稀硝酸反應生成無色的ＮＯ氣體：３Ｃｕ＋８ＨＮＯ３（稀）＝３Ｃｕ（ＮＯ３）２＋２ＮＯ↑＋４Ｈ２Ｏ

通入氧氣后氣體由無色的ＮＯ變為紅棕色的ＮＯ２：２ＮＯ＋Ｏ２＝２ＮＯ２

紅棕色的ＮＯ２溶于水后液面上升：３ＮＯ２＋Ｈ２Ｏ＝ ２ＨＮＯ３ ＋ＮＯ或４ＮＯ２＋Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＝４ＨＮＯ３

尾氣處理時滴入足量的ＮａＯＨ溶液：２ＮＯ２＋２ＮａＯＨ ＝ＮａＮＯ２＋ＮａＮＯ３＋Ｈ２Ｏ

七、裝置改進的意義及優點

本實驗裝置具有如下的優點：

（１）實驗操作簡單，且實驗現象非常明顯。

實驗過程的操作僅僅是對活塞和止水夾的開關，而實驗現象卻如剛才我們觀察到的非常明顯。在區別ＮＯ與ＮＯ２的溶解性不同方面，具有很大的實用性。

（２）所用的儀器和藥品均為常見的儀器和藥品。

（３）實驗裝置微型化，實驗設計綠色化。

實驗中藥品的用量很少，而且該實驗過程中沒有向空氣中排放任何有毒氣體。

（４）該實驗設計具有很高的趣味性。使用這套裝置完成這一反應，氣體顏色的改變、液面的升降、試管中產生藍色絮狀沉淀等實驗現象非常鮮明，在學生理解其所代表的化學原理方面起到了積極的作用。

另外，裝置設計本身，對學生的創造思維能力的訓練和創新意識的培育也是一種良好的熏陶。