銀鏡反應和后續處理的實驗改進

王秀閣

摘要：針對銀鏡反應水浴加熱溫度不易掌控、裝置較復雜、銀單質在試管內壁上附著不均勻、實驗結束后用硝酸清洗銀單質易產生有毒氣體等缺點，進行了實驗探究。改進實驗采用正交試驗法得到不需要加熱的銀鏡反應實驗最佳條件，以及用氯化鐵溶液或雙氧水處理銀鏡的新方法，具有方便快捷，操作安全，產物無毒害等優點。

關鍵詞：銀鏡反應；實驗改進；優化；后處理

文章編號：1005–6629（2015）4–0057–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

銀鏡反應是醛類有機物的典型性質，把它作為演示實驗用于課堂教學可激發學生學習化學的激情，加深對醛基性質的理解。如何控制銀鏡反應的實驗條件，使之在短短的1分鐘之內無需加熱而顯現實驗現象，以及綠色化處理反應后殘留在試管內壁上的銀等問題，應引起我們一線教師與學生重視。

1 銀鏡實驗的最佳反應條件探討

1.1 實驗原理

2%硝酸銀溶液：用天平稱取1g AgNO3粉末并加49mL蒸餾水溶解，轉入試劑瓶中保存。

2%氨水：取10mL濃氨水于燒杯中，加入130mL蒸餾水稀釋得到2%氨水溶液，轉入試劑瓶中保存。

20%氫氧化鈉溶液：稱取10g NaOH固體，加40mL蒸餾水溶解，轉入試劑瓶中保存。

4%葡萄糖溶液：稱取2g葡萄糖粉末，加48mL蒸餾水溶解，轉入試劑瓶中保存。

1.3 實驗過程

從制約銀鏡反應實驗的條件出發[1]，針對銀鏡反應的主要影響因素，設置不同水平，采用三因素三水平進行試驗，見表1。

設置三因素三水平的正交試驗表進行實驗。實驗時，先在潔凈的試管里加入正交試驗表中所需用量的2%硝酸銀溶液，同時滴加2%的稀氨水，邊滴邊振蕩試管，直到析出的沉淀恰好溶解（制得澄清的銀氨溶液），向盛有銀氨溶液的試管中滴入正交試驗所需用量的4%葡萄糖溶液和NaOH溶液，迅速用pH試紙測量此時溶液的pH并記錄。塞上膠塞，劇烈振蕩試管1min，觀察到試管內壁有光亮的銀鏡產生，對銀鏡進行評分并記錄。

生成銀鏡的外觀評分標準說明如下。生成大量銀，銀鏡均勻，銀層較厚致密，效果最佳，記錄90～100分；生成較多的銀，銀鏡較均勻，效果較好，記錄80～90分；生成較少的銀，且不均勻，有部分斑點或渾濁，效果較差，記錄70～80分；生成極少的銀，且非常不均勻，大部分黑點或渾濁，效果差，記錄60～70分。銀鏡反應的正交試驗及結果見表2。

1.4 實驗效果描述

根據正交試驗表進行9組實驗，實驗過程中觀察到的實驗效果描述如表3。

1.5 實驗結論

傳統方法采用水浴加熱時保持試管靜置，生成的銀鏡僅能覆蓋溶液浸潤的部分（約為試管高度的1/5），并且需要使用控溫水浴裝置，裝置繁瑣，不適于課堂演示實驗。改進方法不需要加熱，只需適量氨水、2%硝酸銀溶液3mL、20% NaOH溶液4滴、4%葡萄糖溶液1mL，通過快速上下垂直振蕩橡膠塞塞緊的試管，以便增加反應熵變化，加快反應速度，達到水浴加熱的作用，同時由于垂直振蕩還可以使溶液浸潤整個試管內壁，整個試管均有光亮的銀鏡產生，實驗效果更為直觀，更能激發學生學習興趣，增強學習效果。

2 銀鏡實驗后試管清洗的探究

2.1 H2O2處理法

H2O2是常見的氧化劑，且生成的還原產物無污染，查標準電極電勢表[2]可知，H2O2在酸性條件下氧化性比Ag+強，猜測可以用雙氧水處理試管內壁上的銀單質，反應后產物是什么？帶著這樣的疑問進行下列實驗。

取15mL 10%的雙氧水倒入附著銀單質的試管中，試管壁上的銀單質與雙氧水劇烈反應并逐漸溶解，產生大量氣泡，反應一會兒，將帶火星的木條置于試管口，帶火星的木條復燃。

為了說明反應產物，取上述反應后的反應液1mL裝入干凈試管并稀釋到3mL，向試管中加入稀鹽酸酸化的KI溶液，發現溶液呈現黃色，無黃色沉淀產生；再加入1mL苯，振蕩后靜置，出現分層現象且上層為紫紅色，下層為灰黑色渾濁，過濾下層液體可得到銀單質，做完銀鏡實驗的試管被洗刷干凈。查閱資料可知[3]，其反應按兩步進行：2Ag+H2O2=Ag2O+H2O；Ag2O+H2O2=2Ag+H2O+ O2，由此實驗可知銀在H2O2分解反應中起催化劑的作用。

雙氧水和硝酸均可將附著有銀單質的試管洗滌干凈，洗滌效果有沒有區別呢？取上述正交法中形成的較為致密的銀的7、8、9組實驗的試管，分別向三只試管中加入10mL 10%的雙氧水，10mL 3 mol/L的稀硝酸溶液和10mL 6 mol/L的稀硝酸溶液。振蕩試管，發現將銀鏡清洗干凈所用的時間不同，雙氧水明顯快于3 mol/L稀硝酸，但比6 mol/L稀硝酸所需時間長一些；用硝酸清洗過程中會有刺激性氣味的氣體放出，實驗者的實驗體驗不佳，影響實驗情緒。

2.2 FeCl3處理法

將新配制的6 mol/L FeCl3溶液約2mL加入附著有銀的試管中，振蕩試管，發現美麗光亮的銀鏡快速變暗成灰色并逐漸溶解，溶液中出現許多脫落下來的灰黑色懸濁物，氯化鐵溶液的黃色逐漸變淺，只需將試管振蕩3～5次，銀鏡迅速被清洗干凈。

用氯化鐵溶液清洗附著有銀單質的試管可知，金屬活動性順序得到的氧化性強弱是根據金屬與其在水溶液中形成低價態離子構成電極反應的標準電極電勢由小到大排列，即Ag+/Ag的標準電極電勢0.80V，Fe3+/Fe2+是0.77V，僅從熱力學的角度指出了標準狀態下氧化還原反應進行的可能性及趨勢大小，而實際的金屬活潑性會因濃度、介質、氣體的分壓、產物的溶解度、氧化膜等因素而改變。

2.3 結論

用H2O2或者氯化鐵都可以快速處理銀鏡實驗后附著有銀單質的試管，并且反應過程中只產生氧氣無其他有毒氣體產生，不會損害實驗者的身體健康，也不會造成環境污染。過氧化氫溶液處理銀鏡的過程中銀扮演了催化劑的角色，生成了細碎的銀單質而從試管壁上脫落，易集中回收利用，節約資源。氯化鐵溶液處理銀鏡還有利于學生發散性思維能力的培養和激發學生探究知識的好奇心。

3 實驗成功的關鍵

銀鏡實驗成敗的關鍵操作有三：試管要潔凈，否則，只得到黑色疏松的銀沉淀，沒有銀鏡產生或產生的銀鏡不光亮；溶液混合后，振蕩要充分，特別是加入最后一種溶液后，振蕩要快，否則會出現黑斑或產生銀鏡不均勻；加入的氨水要適量，氨水的濃度不能太大，滴加氨水的速度一定要緩慢，否則氨水容易過量降低試劑的靈敏度。另外，如果滴加氫氧化鈉過量，反應速率太快，產生的銀鏡會發黑。

參考文獻：

[1]劉云忠，劉學柱.也談銀鏡反應實驗成敗的關鍵[J].化學教學，1991，（6）：23.

[2]汪小蘭等.基礎化學[M].北京：高等教育出版社，2008：498.

[3]陳壽椿.重要無機化學反應[M].上海：上海科技出版社，2011：47.