銅與濃、稀硝酸反應(yīng)一體化微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)在普通高中化學(xué)必修1中占據(jù)非常重要的地位。通過(guò)觀察銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生可以直觀地了解硝酸的強(qiáng)氧化性。在常規(guī)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，濃硝酸與銅反應(yīng)非常劇烈，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)快速產(chǎn)生大量二氧化氮，因此實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)系數(shù)高，反應(yīng)過(guò)程不易控制，且反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣污染環(huán)境。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是使用微型化的儀器裝置進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，其化學(xué)試劑用量雖然只為常規(guī)實(shí)驗(yàn)用量的幾十分之一甚至幾千分之一，但其實(shí)驗(yàn)效果可以達(dá)到精確、安全、方便和防止污染環(huán)境等目的，在中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)中有較強(qiáng)的操作性和很好的教學(xué)效果。

筆者利用微型化學(xué)儀器對(duì)銅與濃、稀硝酸反應(yīng)進(jìn)行一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，希望能達(dá)到更好的實(shí)驗(yàn)效果。

一、實(shí)驗(yàn)原理

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

（1）儀器：微型操作臺(tái)一套、注射器、具支U形管、V形側(cè)泡反應(yīng)管、小燒杯、止水夾、漏斗。

（2）藥品：銅片、銅絲、濃硝酸、蒸餾水、氫氧化鈉溶液。

2.實(shí)驗(yàn)裝置圖（略去微型操作臺(tái)裝置部分）

3.實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（1）組裝實(shí)驗(yàn)儀器并檢查實(shí)驗(yàn)儀器的氣密性：如圖所示組裝實(shí)驗(yàn)儀器，在具支U形管中加入適量的蒸餾水，打開(kāi)止水夾A、B，依次拉動(dòng)注射器A、B，觀察U形管中水位的高度變化情況。若裝置氣密性良好，U形管中的水位會(huì)隨著注射器的拉動(dòng)而產(chǎn)生左右液面高度差。

（2）添加藥品：在V形側(cè)泡反應(yīng)管中加入少量銅片；在連接V形側(cè)泡反應(yīng)管的注射器A中吸入少量濃硝酸（注意：注射器應(yīng)加針頭，且針頭的針尖應(yīng)在V形側(cè)泡反應(yīng)管內(nèi)，防止?jié)庀跛岣g橡膠管）；在具支U形管中加入適量的蒸餾水（水位不可過(guò)高），在具支U形管的膠塞上開(kāi)一個(gè)小孔，利用小孔插入銅絲（銅絲需在水位上端）；在小燒杯中加入稀的氫氧化鈉溶液（用于尾氣吸收）。

（3）開(kāi)始實(shí)驗(yàn)：打開(kāi)止水夾A，擠壓注射器A，將濃硝酸注入V形側(cè)泡反應(yīng)管中，銅片與濃硝酸發(fā)生劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量紅棕色氣體；待反應(yīng)快結(jié)束時(shí)，用一個(gè)氣球替換注射器A，關(guān)閉止水夾A；在具支U形管右端用注射器B注入部分空氣，觀察到具支U形管的右端變?yōu)榧t棕色；打開(kāi)止水夾B，紅棕色氣體被氫氧化鈉溶液吸收；待具支U形管右端紅棕色褪去時(shí)，關(guān)閉止水夾B，將銅絲向下伸入溶液中，使銅與稀硝酸發(fā)生反應(yīng)，可觀察到銅絲表面有氣泡產(chǎn)生，反應(yīng)一段時(shí)間后，將銅絲向上拉，反應(yīng)停止；再次用注射器B注入空氣，可觀察到具支U形管右端再次變?yōu)榧t棕色。

（4）結(jié)束實(shí)驗(yàn)：打開(kāi)止水夾A、B，讓反應(yīng)殘留的一氧化氮?dú)怏w和二氧化氮?dú)怏w通入到稀氫氧化鈉溶液中，進(jìn)行尾氣吸收，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

三、該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)

1.利用微型實(shí)驗(yàn)在很大程度上提高了實(shí)驗(yàn)的安全性，并且節(jié)省藥品和時(shí)間，提高了在中學(xué)化學(xué)課堂應(yīng)用的可能性。

2.利用V形側(cè)泡反應(yīng)管進(jìn)行銅與濃硝酸的反應(yīng)，能很好地避免反應(yīng)時(shí)由于大量的二氧化氮產(chǎn)生將反應(yīng)液體沖出，污染橡膠管或其他連接的儀器。

3.利用注射器添加濃硝酸使得實(shí)驗(yàn)更加安全，藥品添加量及添加時(shí)間得到很好的控制。

4.在銅與稀硝酸反應(yīng)過(guò)程中，將銅絲制成可上下拉動(dòng)的模式，能很好地控制銅絲與稀硝酸反應(yīng)的開(kāi)始與停止。

5.實(shí)驗(yàn)中前一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物是后一個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物，這樣能充分利用資源，在短時(shí)間內(nèi)完成各項(xiàng)反應(yīng)，使得銅與濃、稀硝酸反應(yīng)一體化，同時(shí)能將銅與濃、稀硝酸反應(yīng)現(xiàn)象的不同直觀地展示出來(lái)，也更加有利于學(xué)生去理解硝酸濃度不同則氧化性不同。

6.關(guān)閉止水夾A后，用氣球替換注射器，避免了銅與濃硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的部分殘留氣體在V形側(cè)泡反應(yīng)管中造成壓強(qiáng)過(guò)大擠壓注射器的情況。

7.反應(yīng)過(guò)程中將二氧化氮與水反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化氮與鼓入的空氣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化氮，并待其吸收完畢后再進(jìn)行銅與稀硝酸的反應(yīng)，使得二氧化氮與水反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化氮和銅與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化氮區(qū)分開(kāi)來(lái)，并能分別驗(yàn)證，使得裝置的利用率大大提高。

8.用氫氧化鈉稀溶液處理尾氣，可防止環(huán)境污染。

（責(zé)任編輯羅艷）