銅與稀硝酸反應(yīng)及一氧化氮性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的聯(lián)合設(shè)計(jì)

尚廣斗

1問(wèn)題的提出

銅與稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)的重要演示實(shí)驗(yàn)之一，如圖1所示為人教版高中第二冊(cè)第16頁(yè)[實(shí)驗(yàn)1-7]圖1-18所示的實(shí)驗(yàn)裝置，演示過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)存在以下缺點(diǎn)。

①反應(yīng)一旦進(jìn)行，就難以及時(shí)終止；②便于收集產(chǎn)生的氣體，但無(wú)法進(jìn)一步進(jìn)行氣體產(chǎn)物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)；③反應(yīng)生成的NO氣體因接觸空氣生成紅棕色的NO₂氣體影響觀察NO氣體的顏色：④反應(yīng)生成的NO氣體不能夠被NaOH溶液吸收。

現(xiàn)將銅與稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)加以改進(jìn)。

2實(shí)驗(yàn)用品

2.1儀器

青霉素瓶、10ml一次性醫(yī)用塑料注射器等。

2.2藥品

粗銅絲、大約4mol／L的稀硝酸、NaOH溶液、蒸餾水等。

3實(shí)驗(yàn)裝置

如圖2所示。

4實(shí)驗(yàn)操作

4.1銅與稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)

4.1.1先用注射器向封口、潔凈的青霉素瓶注入大約10ml稀硝酸，然后將兩根粗銅絲的其中一端都打磨成針狀再插入青霉素瓶?jī)?nèi)。使銅絲下端位于液面以上。

4.1.2用10ml注射器將青霉素瓶?jī)?nèi)的剩余空氣盡量抽盡(抽2—3次)，再將內(nèi)無(wú)空氣的該注射器的針頭插入青霉素瓶?jī)?nèi)，注意應(yīng)使針頭下端位于液面以上。

4.1.3給青霉素瓶熱水浴加熱一會(huì)兒，按下兩根銅絲，觀察發(fā)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以看到：銅絲表面有無(wú)色氣泡產(chǎn)生，溶液變成藍(lán)色。由于產(chǎn)生大量無(wú)色氣體，瓶?jī)?nèi)氣壓增加到一定程度時(shí)，注射器的活塞被迫向外移動(dòng)，從而用注射器收集到無(wú)色的NO氣體。

4.1.4當(dāng)注射器收集到大約5mlNO氣體時(shí)。上移銅絲使其下端脫離液面，反應(yīng)隨即停止。將注射器從青霉素瓶上取下備用。再用另外一支干燥的注射器使用上述裝置用同樣的方法制取并收集約5ml NO氣體。

4.2一氧化氮的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)

4.2.1溶解性。將盛有5ml NO氣體注射器的針頭插入盛有水的燒杯中，吸入適量水振蕩，觀察現(xiàn)象?？煽吹綒怏w的體積無(wú)明顯變化，說(shuō)明NO難溶于水且不與水反應(yīng)。

4.2.2與氧氣反應(yīng)。向盛有5ml NO的于燥注射器內(nèi)吸入適量空氣。觀察注射器內(nèi)發(fā)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以看到：無(wú)色氣體變成紅棕色。說(shuō)明NO易跟O₂反應(yīng)生成紅棕色的NO₂氣體。

將該注射器的針頭插入水中并向該注射器內(nèi)抽入少量蒸餾水，保持注射器內(nèi)的活塞位置不變，觀察發(fā)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以看到：紅棕色氣體變成無(wú)色，注射器內(nèi)液面上升，說(shuō)明NO₂易溶于水且與水反應(yīng)。

4.2.3實(shí)驗(yàn)完成后，用NaOH溶液等對(duì)廢氣、廢液進(jìn)行處理。

5改進(jìn)意義

該實(shí)驗(yàn)方法用青霉素瓶作為反應(yīng)器使銅與稀硝酸反應(yīng)在幾乎隔絕空氣的條件下進(jìn)行。避免了氣體產(chǎn)物與空氣的直接接觸，便于及時(shí)觀察到NO氣體顏色的“本來(lái)面目”。并可用注射器收集到較純的NO氣體，從而可進(jìn)行NO的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

由于實(shí)驗(yàn)在封閉體系中進(jìn)行，無(wú)有毒氣體排放，避免了空氣污染。

實(shí)驗(yàn)中可隨時(shí)通過(guò)上下移動(dòng)銅絲，可以控制反應(yīng)的發(fā)生、快慢和停止。

組裝一套該裝置器材簡(jiǎn)單，材料易得，操作方便，可進(jìn)行多次演示。

該裝置也適合于演示銅與濃硝酸反應(yīng)并制取NO₂等實(shí)驗(yàn)。