探究濃度對銅與硝酸反應的影響

探究濃度對銅與硝酸反應的影響

劉贊許夏勇

銅和硝酸的反應實驗是硝酸氧化性體現的一個重要的演示實驗,也是掌握硝酸氧化性的很有必要的一個實驗。因此它是高中化學經常考的一類計算題。

一、實驗目的

對比觀察濃、稀硝酸與銅反應的實驗現象。

二、實驗器材

實驗儀器：鐵架臺、具支試管、燒杯、玻璃導管、橡皮管、止水夾、10mL注射器、塑料瓶、橡皮塞。

實驗藥品：銅絲、濃硝酸（體積比2∶1）、稀硝酸（體積比3∶5）、碳棒、40%氫氧化鈉溶液、澄清石灰水、大理石、氧氣。

三、實驗原理及裝置說明

實驗原理如下，裝置如圖所示。

Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

3NO2+H2O=2HNO3+NO

2NO+O2=2NO2

四、不同濃度硝酸與銅反應的影響

1.不同濃度硝酸與銅反應的產物

硝酸和水體積比出現紅棕色氣體時間5mL濃硝酸立刻4mL濃硝酸+1mL水4∶1立刻6mL濃硝酸+2mL水（取5mL）3∶1立刻4mL濃硝酸+2mL水2∶1立刻6mL濃硝酸+4mL水（取5mL）3∶2 1min 3mL濃硝酸+3mL水（取5mL）1∶1 2min 3mL濃硝酸+3mL水（取5mL）1∶1是4mL濃硝酸+5mL水（取5mL）4∶5是2mL濃硝酸+3mL水2∶3是3mL濃硝酸+5mL水（取5mL）3∶5否2mL濃硝酸+4mL水（取5mL）1∶2否2mL濃硝酸+6mL水（取5mL）1∶3否1mL濃硝酸+4mL水1∶4否

2.稀硝酸與銅反應

原電池原理（收集20mL氣體）3mL稀硝酸+5mL水（取5mL）3∶5 5min 3min 2mL稀硝酸+4mL水（取5mL）1∶2 8min 5min 2mL稀硝酸+6mL水（取5mL）1∶3＞10min＞5min 1mL稀硝酸+4mL水1∶4＞10min＞5min硝酸和水體積比時間（收集20mL氣體）

說明：選用濃硝酸的質量分數為65%～68%，量取液體選用10mL的注射器，銅絲纏繞在一根碳棒上（5號干電池的電極），銅與硝酸反應均在無氧的環境下進行。

通過實驗可知，如需加快反應速率，銅與稀硝酸的反應可采用原電池原理，稀硝酸（體積比為3∶5）與銅反應能避免NO2生成，且反應速率較快。濃硝酸（體積比為2∶1）與銅反應實驗速率適中，現象明顯，便于觀察。

五、實驗步驟

1.組裝實驗儀器，檢查裝置的氣密性。

2.向右邊試管中先加入約0.6g大理石，打開開止水夾1、3、4，關閉開止水夾2，用注射器吸入6mL稀硝酸，將稀硝酸注入試管中，排盡裝置內空氣。

3.試管中不再產生氣體時，關閉開止水夾3、4，打開開止水夾2，將可抽動的銅絲插入稀硝酸溶液中，銅絲表面有氣泡產生，溶液變藍色，氫氧化鈉溶液中有穩定氣泡產生。3mim后，關閉開止水夾1、2，將銅絲抽離液面，用注射器抽取試管內氣體，再吸入空氣，觀察注射器內氣體顏色由無色變為紅棕色，實驗完畢后，打開開止水夾1、2。

4.向左邊具支試管中加入5mL濃硝酸，注射器中吸入10mL蒸餾水，打開開止水夾2、3，關閉開止水夾1、4，將可抽動的銅絲插入濃硝酸溶液中，銅絲表面有氣泡產生，溶液變綠色，紅棕色氣體充滿試管上部。將銅絲抽離液面，關閉開止水夾3，用注射器注入蒸餾水，觀察試管中氣體顏色的變化。然后用注射器抽取試管內3mL氣體，再吸入少量空氣，觀察注射器內氣體顏色的變化。實驗完畢后，打開開止水夾1。

六、實驗結論

1.裝置將銅與濃、稀硝酸，NO2與H2O、NO與O2等反應實驗整合于一體，有極佳的對比效果，可以很明顯地觀察到銅與濃、稀硝酸反應后溶液顏色的不同和產生氣體的不同。

2.通過對濃、稀硝酸的初步界定，可推斷出稀硝酸（體積比3∶5）、濃硝酸（體積比2∶1）與銅反應，現象最為明顯。

3.實驗在封閉體系中進行，真正地觀察到了NO和NO2的顏色，實驗現象明顯，實驗過程無NO2和NO氣體排放，對環境無污染。

（作者單位：華容縣第一中學）