銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)綜合設(shè)計(jì)

徐海龍

銅與濃、稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是試管實(shí)驗(yàn)，敞口污染環(huán)境。蘇教版化學(xué)教材對(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)予以了改進(jìn)。但我認(rèn)為仍然存在一些缺陷，據(jù)此設(shè)計(jì)了這套裝置能在短時(shí)間內(nèi)做完過銅與濃稀硝酸反應(yīng)等多個(gè)實(shí)驗(yàn)，給老師上課贏得了時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 綜合設(shè)計(jì) 課堂高效

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

在舊人教版化學(xué)教材以及在新課標(biāo)蘇教版《化學(xué)》（必須一）教材中，銅與濃、稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)探究硝酸強(qiáng)氧化性的重要實(shí)驗(yàn)。舊人教版化學(xué)教材采用的是試管實(shí)驗(yàn)，敞口污染環(huán)境。蘇教版化學(xué)教材對(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)予以了改進(jìn)。但我認(rèn)為仍然存在一些缺陷：

1.銅與濃硝酸反應(yīng)不能排盡空氣，使學(xué)生誤認(rèn)為銅與濃硝酸反應(yīng)先產(chǎn)生 NO又被氧化成 NO2。

2.銅與稀硝酸反應(yīng)不能排盡空氣，使學(xué)生不能明顯觀察到的NO產(chǎn)生和NO轉(zhuǎn)化為NO2的過程。

3.濃、稀硝酸分別取藥品，沒有將濃硝酸轉(zhuǎn)化為稀硝酸重復(fù)利用，從而造成不必要的藥品浪費(fèi)。

4.NO和NO2有毒實(shí)驗(yàn)中不能將其完全吸收，尤其在拆解洗刷裝置時(shí)會(huì)危害師生的身體健康，不利于開展學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

我在實(shí)際教學(xué)中對(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一套銅與濃、稀硝酸的綜合反應(yīng)裝置，在實(shí)驗(yàn)過程中可體現(xiàn)5個(gè)基本反應(yīng)、2個(gè)拓展反應(yīng)。整個(gè)裝置簡單，易于操作，實(shí)驗(yàn)效果良好，整個(gè)實(shí)驗(yàn)只需5分鐘左右的時(shí)間，它不僅適合教師演示，也適合進(jìn)行學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)分三個(gè)階段，可使反應(yīng)隨時(shí)發(fā)生隨時(shí)停止便于學(xué)生觀察總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

二、實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

30ml的偏口玻璃注射器1支、配套的導(dǎo)氣管、橡皮管、止水夾、帶鐵夾的鐵架臺(tái)1個(gè)、細(xì)銅絲、濃硝酸、水、氫氧化鈉溶液。

三、實(shí)驗(yàn)儀器裝置圖及儀器的組裝說明

注意：按圖示連接裝置，將針筒夾在鐵架臺(tái)上向上60度傾斜并且偏口向上。

四、實(shí)驗(yàn)操作部分

1.銅與濃硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)

（1）打開止水夾，拔下A裝置注射器內(nèi)的活塞，向注射器的玻璃筒內(nèi)放入少量已繞5圈成螺旋狀的細(xì)銅絲。銅絲比針筒內(nèi)徑略寬，當(dāng)推入針筒前端時(shí)可被固定，從而可以實(shí)現(xiàn)操作時(shí)的固液分離。

（2）裝上注射器的玻璃活塞，推動(dòng)活塞排盡玻璃筒內(nèi)的空氣，吸入5ml的濃硝酸，迅速將導(dǎo)氣管移入B裝置的氫氧化鈉溶液中，再推動(dòng)活塞排盡玻璃筒內(nèi)的空氣。

（3）迅速夾好止水夾，反應(yīng)開始，注射器活塞移動(dòng)，至固液分離時(shí)反應(yīng)停止。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（4）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及其有關(guān)反應(yīng)方程式：

銅絲表面有氣泡產(chǎn)生，活塞外移，針筒內(nèi)氣體為紅棕色，溶液呈藍(lán)綠色。

Cu + 4HNO3（濃） = Cu（NO3）2 +2NO2↑+ 2H2O

2.NO2 受壓強(qiáng)影響的化學(xué)平衡實(shí)驗(yàn)

（1）迅速抽動(dòng)注射器的活塞觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及其有關(guān)反應(yīng)方程式：

氣體顏色先變淺后加深，但是比原來氣體顏色略淺。

3.銅與稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)

（1）打開止水夾，將導(dǎo)管移入水中，抽動(dòng)注射器內(nèi)的活塞外移，向注射器的玻璃筒內(nèi)吸入5到10ml的水，使的NO 2溶解，濃硝酸轉(zhuǎn)化為稀硝酸。

（2）推動(dòng)活塞排盡玻璃筒內(nèi)的氣體，關(guān)閉止水夾。將導(dǎo)管移入氫氧化鈉溶液中，觀察注射器內(nèi)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（3）待注射器玻璃筒內(nèi)的無色氣體的體積約為2ml時(shí)，打止水夾，取出導(dǎo)氣管，拉動(dòng)活塞吸入少量的空氣后，關(guān)閉止水夾，再迅速將導(dǎo)氣管插入氫氧化鈉溶液中。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（4）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及其有關(guān)反應(yīng)方程式

氣體顏色變淺，溶液由藍(lán)綠色轉(zhuǎn)化為藍(lán)色溶液，銅絲上有氣泡產(chǎn)生，活塞逐漸外移，產(chǎn)生無色氣體，但吸入空氣后迅速變成紅棕色。

3NO2+H2O=2HNO3+NO

3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

2NO+O2=2NO2

4.尾氣處理

（1）打開止水夾，抽動(dòng)注射器的活塞，吸入氫氧化鈉溶液反復(fù)清洗2～3次，吸入水反復(fù)清洗2～3次，可實(shí)現(xiàn)裝置中無有毒氣體。

（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及其有關(guān)反應(yīng)方程式：

紅棕色氣體完全被吸收溶解

2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O

NO2 + NO + 2NaOH = 2NaNO2 + H2O

五、裝置改進(jìn)的意義

首先，這套裝置能在短時(shí)間內(nèi)做完過銅與濃稀硝酸反應(yīng)、二氧化氮與水反應(yīng)、一氧化氮和氧氣反應(yīng)、NO2受壓強(qiáng)影響的化學(xué)平衡實(shí)驗(yàn)、一氧化氮和二氧化氮?dú)怏w與氫氧化鈉反應(yīng)，以及硝酸銅和氫氧化鈉的反應(yīng)，給老師上課贏得了時(shí)間；其二，實(shí)驗(yàn)裝置所需儀器少、操作簡單，有利于學(xué)生課內(nèi)外開展實(shí)驗(yàn)；其三，裝置排盡空氣，使學(xué)生清晰的觀察到銅與濃硝酸產(chǎn)生NO2。銅與稀硝酸反應(yīng)明顯看到NO的產(chǎn)生及其NO轉(zhuǎn)化為NO2的過程。其四，將NO和NO2有毒氣體完全吸收，不危害師生的身體健康。濃硝酸用量少轉(zhuǎn)化為稀硝酸，從而減少不必要的藥品浪費(fèi)。