銅和濃稀硝酸反應實驗的改進

周世福　王繁

一、原實驗存在的問題

人教版教材化學必修第二冊中銅和硝酸反應的演示實驗存在如下問題：

1.反應前裝置內殘留空氣對稀HNO3與Cu反應生成氣體產物的判斷有干擾。

2.通過原實驗裝置不能有效驗證NO、NO2的相互轉化過程。

3.反應結束后裝置內殘余氣體沒有進行尾氣處理，有毒氣體可能污染環境。

二、改進后的實驗裝置

改進后的實驗裝置如圖1所示。

三、改進實驗的操作步驟

1.分別將輸液袋內空氣排盡，按如圖1所示組裝好2套實驗裝置，通過注射器外拉和內推后看活塞是否復原進行裝置的氣密性檢查。

2.用注射器分別向輸液袋中注入濃稀硝酸。

3.將裝入Cu片的注射器向外拉，將HNO3溶液吸入注射器，反應開始，觀察并記錄實驗現象，可同時用手背感知裝置溫度的變化。

4.將注射器中反應后的HNO3溶液再次推入輸液袋內，反應停止。

5.實現NO2轉化為NO：向Cu與濃HNO3反應后的輸液袋內注入蒸餾水，振蕩輸液袋，使之充分反應，觀察氣體顏色變化。

6.實現NO轉化為NO2：將注射器中的空氣推入Cu與稀HNO3反應的輸液袋內，觀察氣體顏色變化。

7.尾氣處理：向以上2組實驗的輸液袋內分別注入6mol/L NaOH溶液，記錄實驗現象并分析原因。

四、實驗現象

1.Cu與濃HNO3在輸液袋中反應的實驗現象：

（1）金屬Cu逐漸溶解；（2）銅片表面產生大量氣泡；（3）溶液逐漸變成綠色；（4）一段時間后輸液袋逐漸鼓起且氣體為紅棕色；（5）用手背感觸可知溶液溫度升高；（6）注入蒸餾水后氣體顏色逐漸變淺，溶液逐漸變成藍色。

2.Cu與稀HNO3在輸液袋中反應的實驗現象：

（1）金屬Cu逐漸溶解；（2）銅片表面產生大量氣泡；（3）溶液逐漸變成藍色；（4）輸液袋逐漸鼓起且氣體為無色；（5）通人空氣后氣體變成紅棕色；（6）用手背感觸可知溶液溫度升高。

五、實驗結論

1.Cu與不同濃度的HNO3反應，生成的產物與硝酸的濃度有關，一般情況下濃HN03產生NO2、稀HNO3產生NO；同時HNO3濃度越大，化學反應速率越快。

2.NO2在HNO3溶液中有一定的溶解度，在溶液中溶解量達飽和后外逸到輸液袋內；且NO2的紅棕色與Cu2+的藍色疊加使溶液呈現綠色。

3.Cu與HNO3的反應溶液溫度均升高，屬于放熱反應。

4.NO與NO2在一定條件下可以相互轉化。

六、改進后實驗的優點

1.反應易控：通過注射器吸出或注入HNO3溶液，控制反應的進程。

2.現象易觀察：輸液袋是無色透明的，便于觀察溶液的顏色和氣體的顏色。

3.尾氣處理科學：NO2是有毒氣體，向密閉的輸液袋內注入NaOH溶液進行尾氣處理，避免NOx直接外逸到空氣中污染環境。

（收稿日期：2024-02-01）