使用注射器改進(jìn)銅與硝酸反應(yīng)實驗

蘆岳鋒

普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書蘇教版《化學(xué)1》中“硝酸的性質(zhì)”一節(jié)中對于硝酸的性質(zhì)實驗過程敘述如下[1]：

觀察下列有關(guān)硝酸性質(zhì)的實驗，將實驗現(xiàn)象和分析所得結(jié)論填入表4-5（表略）。

[實驗1]如圖4-15所示，將銅片置于具支試管的底部，通過分液漏斗加入2mL濃硝酸，將產(chǎn)生的氣體通入倒置于水槽里充滿水的集氣瓶中，觀察實驗現(xiàn)象。

[實驗2]在上述裝置中，從分液漏斗向試管內(nèi)加5mL水，稀釋硝酸，繼續(xù)收集產(chǎn)生的氣體，觀察實驗現(xiàn)象。

在嚴(yán)格實施該實驗時，筆者發(fā)現(xiàn)整個實驗還是存在比較多的難以克服的困難：試劑用量大、裝置密封性差、NO和NO2用量無法控制而導(dǎo)致嚴(yán)重污染、侵害教師和學(xué)生的身體健康等。因此筆者在所在學(xué)校進(jìn)行了關(guān)于演不演示銅和硝酸反應(yīng)實驗的調(diào)查，教師表示一直舉棋不定。不演示不僅會讓學(xué)生失望，更違背了《課程標(biāo)準(zhǔn)》的課程基本理念“通過以化學(xué)實驗為主的多種探究活動，使學(xué)生體驗科學(xué)研究的過程，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，強化科學(xué)探究的意識，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力[2]”；若演示則過程復(fù)雜，產(chǎn)物污染嚴(yán)重，不符合綠色化學(xué)的理念，給學(xué)生帶來化學(xué)是一門危險的學(xué)科的負(fù)面影響。然而，我們都清楚地知道，做好這個實驗不僅能加深學(xué)生對硝酸氧化性的認(rèn)識，還可以使學(xué)生對NO和NO2的性質(zhì)產(chǎn)生深刻印象。

基于此，筆者經(jīng)過反復(fù)研究，設(shè)計出了利用一個注射器對此實驗進(jìn)行微量化的整合改進(jìn)，保證了用量少、污染小、省時間、易操作的同時，又能達(dá)到演示實驗的教學(xué)目的，特供同行參考。

一、實驗用品

20mL一次性注射器一支、玻璃尖嘴導(dǎo)管、橡皮軟管、小燒杯、止水夾、銅片、濃硝酸、蒸餾水、1mol/L氫氧化鈉溶液。

二、實驗裝置（如圖1）

三、實驗步驟與現(xiàn)象

1.實驗步驟

[實驗1]在去掉活塞的20mL注射器中加入2片大小合適的銅片（使銅片能剛好卡在注射器底部，方便實驗3時繼續(xù)使用），然后將注射器活塞慢慢推進(jìn)注射器內(nèi)，排干凈注射器內(nèi)的空氣，吸入1mL左右濃硝酸，立即夾緊止水夾，觀察現(xiàn)象。

[實驗2]打開止水夾，利用產(chǎn)生的氣體使注射器中的溶液排入到小燒杯中。然后吸入少量蒸餾水，立即夾緊止水夾。倒置注射器，使未反應(yīng)完的銅片和液體完全分開，觀察現(xiàn)象。

[實驗3]再把注射器倒過來，使未反應(yīng)的銅片浸入到實驗2生成的稀硝酸中，用水浴微熱注射器，觀察現(xiàn)象。

[實驗4]打開止水夾，推動注射器活塞使注射器中的溶液排出，然后吸入少量空氣，夾緊止水夾，觀察現(xiàn)象。

[實驗5]打開止水夾，吸入適量的氫氧化鈉溶液。必要時可重復(fù)多次，直至氣體完全吸收。

2.實驗現(xiàn)象（見表1）

表1 實驗現(xiàn)象及分析

四、改進(jìn)后的優(yōu)點

優(yōu)點1：實驗過程一體化。實現(xiàn)了銅與濃硝酸、NO2與水、銅與稀硝酸、NO與O2四個實驗在同一個簡易裝置中進(jìn)行，大大簡化了實驗步驟和過程，可操作性明顯增強。通過銅片與濃稀硝酸反應(yīng)的對比，加深了學(xué)生對硝酸氧化性的認(rèn)識，即硝酸濃度越大，氧化性越強。同時使學(xué)生對NO和NO2性質(zhì)的印象也加深了。

優(yōu)點2：實驗裝置微型化，藥品用量微量化。此實驗裝置采用了小型的注射器，試劑消耗量較少，節(jié)約藥品用量，縮短反應(yīng)時間。尤其在實驗3中，所需稀硝酸利用了實驗2中NO2與水反應(yīng)生成的稀硝酸，藥品利用率較高，節(jié)省了原料，同時也驗證了兩者反應(yīng)生成的產(chǎn)物為稀硝酸。

優(yōu)點3：實驗過程綠色化。該實驗在封閉體系中進(jìn)行，污染少，尾氣易處理，能改善實驗室環(huán)境，符合綠色化學(xué)理念。

五、教學(xué)建議

第一，實驗1中，濃硝酸和銅片的量盡量少，控制在濃硝酸1mL和銅片兩小片，此時反應(yīng)現(xiàn)象明顯，利于學(xué)生觀察反應(yīng)的過程、產(chǎn)生的氣體顏色和生成溶液的顏色。若量過多，會因產(chǎn)生NO2氣體的速率過快而使反應(yīng)較難控制，帶來不安全因素，達(dá)不到實驗改進(jìn)的目的。

第二，實驗3中的稀硝酸是實驗2過程中生成的，濃度可能較稀而導(dǎo)致銅片與稀硝酸的反應(yīng)比較緩慢。因此，建議在實驗2中用注射器抽取蒸餾水時要控制量，以1mL左右為宜。若反應(yīng)仍舊緩慢，可以采用熱水浴加熱。

參考文獻(xiàn)

[1] 王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《化學(xué)1》.南京：江蘇教育出版社，2009.

[2] 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn).北京：人民教育出版社，2003.

（責(zé)任編輯 郭振玲）