銅與硝酸實(shí)驗(yàn)的新改進(jìn)

柯少輝

摘 要：鑒于教材中，硝酸與銅反應(yīng)無(wú)法觀察到NO氣體生成、NO2與水反應(yīng)等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以及尾氣逸散等不適合設(shè)計(jì)成實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，本實(shí)驗(yàn)利用一次性輸液袋作反應(yīng)器，改進(jìn)后裝置具有安全性、氣密性、可控性好等特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，綠色環(huán)保，便于學(xué)生操作。

關(guān)鍵詞：硝酸與銅反應(yīng)；一次性輸液袋；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

魯科版高中化學(xué)《氮的循環(huán)》課中，硝酸與銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)：在兩支試管中各放入一小塊銅片，分別加入少量稀硝酸（4 mol/L）和濃硝酸（15 mol/L），立即用蘸有NaOH溶液的棉花封住試管口，觀察試管中發(fā)生的現(xiàn)象。

該實(shí)驗(yàn)除了探究硝酸強(qiáng)氧化性外，由于教材沒(méi)有編排NO和NO2的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，還要承擔(dān)NO與氧氣反應(yīng)以及NO2與水反應(yīng)的探究。教材上實(shí)驗(yàn)在試管中進(jìn)行，存在以下問(wèn)題：首先，尾氣處理簡(jiǎn)單，導(dǎo)致NO、NO2逃逸到空氣中而污染環(huán)境，不適合設(shè)計(jì)成學(xué)生自主探究活動(dòng)；其二，試管中有空氣，無(wú)法觀察到NO生成、NO轉(zhuǎn)變成NO2、NO2與水反應(yīng)的現(xiàn)象。筆者認(rèn)為：一次成功的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程體驗(yàn)常常令人終身難忘，勝過(guò)教師千百次強(qiáng)調(diào)。使用一次性輸液袋改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)并設(shè)計(jì)成探究活動(dòng)，具有綠色環(huán)保、便于操作、現(xiàn)象明顯等優(yōu)點(diǎn)。

一、實(shí)驗(yàn)裝置

一次性輸液袋化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，安全性、氣密性、可控性均很好。切除原有密封塞，配上4號(hào)橡皮塞和注射器可以成為硝酸與銅反應(yīng)裝置，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)硝酸的量控制反應(yīng)。使用注射器可以抽干輸液袋中空氣，形成真空環(huán)境，從而觀察到無(wú)色NO生成；也可以添加空氣，觀察到NO轉(zhuǎn)變成紅棕色NO2生成；還可以添加水，完成NO2與水反應(yīng)；添加NaOH溶液把尾氣處理在密閉容器中。

二、實(shí)驗(yàn)步驟

1.銅與稀硝酸反應(yīng)

（1）實(shí)驗(yàn)操作

先取少量銅片加入輸液袋（110 mL），用橡皮塞密封袋口，擠壓輸液袋檢查是否漏氣。接著用空注射器抽干輸液袋中空氣，形成真空環(huán)境。另取一支注射器（內(nèi)裝4 mol/L稀硝酸），緩緩注入輸液袋，觀察現(xiàn)象。再用空注射器注入空氣，觀察氣體顏色變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后把NaOH溶液注入輸液袋，震蕩，觀察現(xiàn)象。

（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

銅與稀硝酸反應(yīng)可以觀察到無(wú)色NO氣體生成，溶液顏色由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)色，注入空氣后，NO快速與氧氣反應(yīng)生成紅棕色氣體NO2。注入NaOH溶液尾氣處理后，紅棕色氣體消失，輸液袋變扁。

2.銅與濃硝酸反應(yīng)

（1）實(shí)驗(yàn)操作

先取少量銅片加入輸液袋（110 mL），用橡皮塞密封袋口，擠壓輸液袋檢查是否漏氣。接著用空注射器抽干輸液袋中空氣，形成真空環(huán)境。另取一支注射器（內(nèi)裝15 mol/L濃硝酸），緩緩注入輸液袋，觀察現(xiàn)象。再用注射器注入水，震蕩，觀察氣體顏色變化。再用空注射器注入空氣，觀察氣體顏色變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后把NaOH溶液注入輸液袋，震蕩，觀察現(xiàn)象。

（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

銅與濃硝酸反應(yīng)可以觀察到紅棕色NO2氣體生成，溶液顏色由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)綠色，注入水，震蕩后，紅棕色NO2轉(zhuǎn)化成無(wú)色NO。再注入空氣后，NO快速與氧氣反應(yīng)生成紅棕色NO2。最后尾氣處理。

三、實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

教材中硝酸與銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)教師只設(shè)計(jì)成演示實(shí)驗(yàn)，面對(duì)逃逸到空氣中紅棕色、刺激性氣味氣體，學(xué)生的好奇心、探究欲望頓時(shí)全無(wú)，躲避不及。使用一次性輸液袋改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后，硝酸、NO、NO2這些有毒、有刺激性氣味、腐蝕性強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)就掌控在學(xué)生手里。

1.實(shí)驗(yàn)微型化

一次性輸液袋價(jià)格便宜，化學(xué)試劑用量少，無(wú)色透明便于觀察現(xiàn)象，安全無(wú)毒，可控性好，不易破碎，適合于學(xué)生在教室開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。

2.實(shí)驗(yàn)綠色化

該裝置氣密性好，可防止尾氣逸散，尾氣處理簡(jiǎn)單，適合有毒氣體制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

3.實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新化

一次性輸液袋配注射器可以添加氣體和溶液，方便反應(yīng)的控制，還可以抽空創(chuàng)造無(wú)氧環(huán)境，滿(mǎn)足特定實(shí)驗(yàn)要求。

四、實(shí)驗(yàn)拓展

筆者嘗試用這套裝置進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：

1.Fe（OH）2的制備

魯科版高中化學(xué)介紹了Fe（OH）2容易被氧化，最后變成紅褐色，生成Fe（OH）3。使用試管實(shí)驗(yàn)很難觀察到白色Fe（OH）2沉淀生成，使用輸液袋和注射器可以清晰觀察到白色Fe（OH）2沉淀生成，以及沉淀被氧化的現(xiàn)象。

首先，把鐵粉加入到輸液袋一端，并在輸液袋中間別上大回形針（把輸液袋分為兩部分）。然后，往鐵粉一端注入1 mol/L稀鹽酸，觀察到無(wú)色氣體生成（H2排出驅(qū)趕輸液袋中空氣），同時(shí)制得新制FeCl2溶液，擠壓輸液袋排凈氣體后，用橡皮塞密封袋口，并用注射器抽成真空。傾斜輸液袋，把上層新制FeCl2溶液轉(zhuǎn)移到輸液袋另一端，注射器加入稀NaOH溶液（4 mol/L），可以觀察到白色Fe（OH）2沉淀生成。最后，打開(kāi)橡皮塞，隨著空氣進(jìn)入，白色沉淀會(huì)慢慢變成灰綠，第二天觀察沉淀變成紅褐色。

2.氯氣實(shí)驗(yàn)

魯科版高中化學(xué)設(shè)置氯氣物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的探究，氯氣是有毒氣體，容易逃逸到空氣中污染環(huán)境。使用輸液袋和注射器可以設(shè)計(jì)成學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)。

首先，把KClO3加入輸液袋，注射器抽干空氣后，注入少量濃鹽酸，輸液袋可以觀察黃綠色氣體生成。接著，準(zhǔn)備4支注射器，一支內(nèi)置干燥紅紙條，一支內(nèi)置濕潤(rùn)紅紙條，注射器吸滿(mǎn)氯氣觀察紙條顏色變化，另外兩只吸滿(mǎn)氯氣后，一支插入水中，液面上升，溶液為淺黃綠色，另一支插入NaOH溶液，液面上升較高，溶液無(wú)色。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚文生.銅與濃、稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的綠色化設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2012（11）：45.

[2]楊基松.幾個(gè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)介紹[J].化學(xué)教學(xué)，2007（5）：10-12.