銅與稀硝酸反應的實驗改進

聶紫娟 齊艷娟

（長春師范大學化學學院，吉林 長春 130032）

0 引言

銅與稀硝酸反應的演示實驗是高一化學必修課中學習一氧化氮、二氧化氮的性質時必做的演示實驗。針對該實驗，在人教版高中化學教科書中沒有提供實驗設計，在蘇教版和魯教版高中化學教科書中均設計了實驗。運用教科書中的實驗裝置，進行實驗，會發現此實驗中存在以下幾點問題：

（1）如圖1所示，此實驗從裝置圖上看可以發生銅與濃、稀硝酸的反應，進而能觀察到產生氣體顏色的變化。但實際操作中發現用排水法收集一氧化氮，收集到的氣體并不多。

圖1

（2）在課堂中進行演示實驗時，操作性不強。而且實驗現象不明顯。

（3）沒有對生成的一氧化氮、二氧化氮進行尾氣處理。

（4）如圖2所示，生成的無色的一氧化氮氣體很快就被空氣中的氧氣氧化成了紅棕色的二氧化氮氣體，很難觀察到一氧化氮慢慢被氧化成二氧化氮的過程。

圖2

（5）此實驗雖然用一塊蘸有NaOH的濕棉花團封住試管口，但通過實驗發現，濕棉花團的吸收效果并不理想，而且仍有大量的氮氧化物氣體逸出。同時試管中的二氧化氮氣體無法進行處理。

通過查閱文獻發現，已經有很多學者對此實驗在教科書的基礎上進行了改進。但實驗現象不是特別明顯。因此本文通過多次試驗，對此實驗進行了進一步的改進。希望給一線教師進行演示實驗提供新方案。

1 實驗藥品及實驗儀器

稀硝酸；銅絲；干燥管，配套的橡膠塞；玻璃管，配套的橡膠管；彈簧夾；試劑瓶，配套單孔橡膠塞；注射器；燒杯，“U”形玻璃管，平配套的橡膠塞。

2 實驗原理

3 實驗改進裝置圖

4 實驗過程及現象

步驟一：取一個試劑瓶，向其中注滿稀硝酸，然后將帶有玻璃管的單孔橡膠塞塞進裝滿稀硝酸的集氣瓶口。同時會有少量的稀硝酸被壓入玻璃管中。然后再取一支干燥管，如圖3所示，進行連接。

圖3 實驗改進裝置圖

步驟二：取一支注射器，然后用注射器將稀硝酸注入玻璃管中，直至稀硝酸淹過乳膠管為止。

步驟三：取2～3根銅絲，將銅絲通過干燥管和玻璃管伸入至試劑瓶的稀硝酸中。然后將帶有“U”形玻璃管的單孔橡膠塞塞進干燥管的末端口。“U”形玻璃管插入盛有NaOH溶液的燒杯中，“U”形玻璃管的末端口浸沒在NaOH溶液中。使得整個反應在密閉的體系中進行反應。再取一個彈簧夾，將乳膠管夾住。

步驟四：反應一段時間后觀察到的現象：

（1）銅絲與稀硝酸反應劇烈，產生大量的無色氣泡，溶液變成藍色，集氣瓶和玻璃管中均有無色氣泡。

（2）當打開彈簧夾后，可以觀察到橡膠管口有紅棕色氣體產生，而集氣瓶和玻璃管中產生的氣泡仍為無色氣泡。當反應一段時間后玻璃管中有紅棕色氣體產生（打開彈簧夾后空氣進入玻璃管中），而且是從上至下的變化。重復多次實驗依然可以觀察到這樣的現象。

步驟五：反應結束時，NO2通入NaOH溶液中進行尾氣處理。

5 注意事項

（1）稀硝酸的濃度：硝酸的濃度以V（濃硝酸65%）：V（水）=2∶3為宜。硝酸的濃度偏大，會導致很快產生NO2氣體。（2）防止空氣進入：試劑瓶中一定要注滿稀硝酸，同時玻璃管中也要注滿稀硝酸直至淹沒橡膠管。（3）“U”形玻璃管的末端一定要浸沒在NaOH溶液中。

6 實驗改進的優點

（1）實驗現象明顯。學生能清晰地觀察到產生的無色氣體NO以及被空氣中的氧氣氧化后變成紅棕色的NO2氣體。（2）實驗裝置簡單，在進行課堂演示實驗時，易于連接，方便操作。（3）實驗中所用到的儀器都是在實驗室中用的最基本的儀器，方便實驗。（4）整個反應是在密閉的體系中發生反應的，產生的NO在密閉的環境中就被氧化了，能讓學生意識到NO易被氧化。（5）學生通過對實驗現象的觀察，激起學生對本節課學習的興趣。（6）本實驗是在中學化學教材中所提供的演示實驗的基礎上進行的實驗改進。因此，通過此實驗可以提高學生的創新意識，同時培養學生的發散思維。（7）設計的實驗裝置是密閉的，而且反應后有尾氣處理，體現了綠色化學的理念。