銅和硝酸銀溶液反應的創新設計

李靜媛

摘要：初中化學中金屬與鹽溶液的反應是幫助學生認識金屬活動性順序的重要依據，此類實驗原理清晰、操作簡單且現象明顯。銅和硝酸銀溶液的反應是金屬與鹽溶液反應中十分具有代表性的一個實驗，該實驗的創新設計能縮短實驗時間、展現豐富的實驗現象，更能激發學生對影響化學反應的各種因素的思考，闡釋了化學實驗對于化學教學的重要功能。

關鍵詞：硝酸銀溶液；金屬與鹽溶液反應；創新設計

文章編號：1008-0546（2016）05-0000-00 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.05.000

一、問題提出

銅和硝酸銀溶液的反應是幫助學生理解金屬活動性順序的重要實驗。該實驗在教材中[1]力求通過銅絲表面產生銀白色固體以及溶液由無色變為藍色說明銅和硝酸銀發生了置換反應，由此得出銅比銀活潑的結論。

而在教學中的實際情況卻是將銅絲插入現配的或久置的硝酸銀溶液后，銅絲上的沉積物均呈現黑色而不是白色的銀，需經過較長時間后，才能在粗銅絲上看到海綿狀灰白色的銀，并且比較易脫落，而且在課堂演示的短時間內很難觀察到溶液顏色的變化。這些問題的出現究竟是什么原因？該如何解決呢？正當筆者困惑之際，讀到了田博文、劉懷樂老師的《Cu和AgNO3反應生成的Ag是什么顏色？》[2]一文，深受啟發，于是筆者也在實驗室中對Cu和AgNO3溶液的反應進行了一系列的探究。

二、猜想與假設

問題1：銅絲上的黑色物質是什么？

觀點1：是銀。這與物質的狀態有關，從溶液中生成的銀是非常小的顆粒，對光全吸收，因此為黑色；觀點2：銅絲表面生成的銀被氧化，所以呈現黑色觀點；觀點3：該反應在生成銀的同時，還生成了Cu2+，也就必有Cu2+的水解，因此銅絲上附著的物質成分并不單一。

問題2：為什么很長時間后才能看到溶液呈現藍色？

觀點1：反應時間較短時，溶液中的Cu2+濃度小，所以看不出溶液的顏色觀點；2：因為在酸性溶液中，銀有較高的氧化勢（Ag++e-=Ag，E=0.799v）[3]，但在中性溶液中，Ag+面對不活潑金屬Cu，首先可能發生的反應是Ag++Cu=Ag+Cu+，進而是Ag++Cu+=Ag+Cu2+，兩式相加才是2Ag++Cu=2Ag+Cu2+。

三、證據搜集

實驗操作：將蒸餾水煮沸冷卻后配制硝酸銀溶液，測定溶液pH，然后向試管中滴加植物油，再插入銅絲。

實驗現象：硝酸銀溶液的pH接近7；銅絲與硝酸銀溶液剛接觸部分表面呈現黑色，較長時間后逐漸呈現白色，且越是遠離銅條，生成的物質越銀白。

分析解釋：由上述實驗現象不難看出，銅和硝酸銀溶液的反應其實并非我們想象的那么簡單。銅絲上黑色物質主要為銀，也有少量的Cu2+水解的產物，反應后溶液顏色的呈現與反應時間有很大關系。這個實驗的關鍵在于要使Ag+表現應有的氧化性，就需要溶液具有合適的酸度和濃度。平時實驗時，實驗室中提供的硝酸銀溶液往往沒有標明濃度，也沒有經過酸化處理，這些因素是造成該實驗現象不如意的原因之一；另外銅絲如果在實驗室存放已久，表面失去了金屬光澤，意味著銅絲表面覆蓋了氧化物，這也是對該實驗造成影響的因素之一。該實驗操作和實驗裝置均較簡單，無需進行特別改進。

創新設計關鍵：（1）銅絲表面進行去除氧化物處理，盡量消除銅絲表面的氧化物對實驗的影響；（2）對硝酸銀溶液的酸堿度進行測試并配置不同濃度的溶液進行對比，找尋最適合進行該實驗的溶液酸堿度和濃度；（3）酸化硝酸銀溶液，抑制水解，增強Ag+的氧化性；（4）適度提升反應溫度，加快反應。

五、實踐過程

1. 用蒸餾水和硝酸銀固體分別配制0.5%AgNO3溶液、2%AgNO3溶液、3%AgNO3溶液、5%AgNO3溶液。

2. 向四支貼有標簽的試管中分別加入0.5%AgNO3溶液、2%AgNO3溶液、3%AgNO3溶液、5%AgNO3溶液約3mL，再向試管中各滴加1滴濃硫酸，置于試管架上備用。

3. 將銅絲底端繞成螺旋狀以增加接觸面積，在酒精燈火焰上加熱至紅熱，再將加熱后的銅絲伸入酒精溶液中至表面光亮后取出。此舉目的是去除銅絲表面可能殘留的氧化物。

4. 將處理光亮的銅絲分別伸入上述各濃度AgNO3溶液中，觀察現象。

六、實驗現象及結論

由上述實驗可見得，本實驗要達到比較迅速觀察到銅絲表面析出銀白色固體且溶液顏色變為藍色，AgNO3溶液的濃度應稍大些對于縮短實驗時間有比較明顯的幫助，而且為了能確保Ag析出，需要對溶液進行酸化處理，加入濃硫酸既能夠酸化溶液，抑制水解，同時濃硫酸溶于水放熱，又能提高反應溫度，可謂一舉兩得。當然，在實驗前要仔細處理用于反應的銅絲，確保實驗成功。

參考文獻

[1] 人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心.義務教育教科書·化學（九年級下冊）[M].北京：人民教育出版社，2012：11

[2] 田博文，劉懷樂.Cu和AgNO3反應生成的Ag是什么顏色？[J].中學化學教學參考，2013，（9）：50～51

[3] 華東師范大學無機化學教研室，南京師范大學無機化學教研室.無機化學[M].上海：華東師范大學出版社，1992：298