銅和硝酸銀溶液反應(yīng)的創(chuàng)新設(shè)

李靜媛

摘要：初中化學(xué)中金屬與鹽溶液的反應(yīng)是幫助學(xué)生認(rèn)識金屬活動性順序的重要依據(jù)，此類實驗原理清晰、操作簡單且現(xiàn)象明顯。銅和硝酸銀溶液的反應(yīng)是金屬與鹽溶液反應(yīng)中十分具有代表性的一個實驗，該實驗的創(chuàng)新設(shè)計能縮短實驗時間、展現(xiàn)豐富的實驗現(xiàn)象，更能激發(fā)學(xué)生對影響化學(xué)反應(yīng)的各種因素的思考，闡釋了化學(xué)實驗對于化學(xué)教學(xué)的重要功能。

關(guān)鍵詞：硝酸銀溶液：金屬與鹽溶液反應(yīng)：創(chuàng)新設(shè)計

文章編號：1008—0546（2016）07—0093一02

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/i.issn.1008—0546.2016.07.033

一、問題提出

銅和硝酸銀溶液的反應(yīng)是幫助學(xué)生理解金屬活動性順序的重要實驗。該實驗在教材中力求通過銅絲表面產(chǎn)生銀白色固體以及溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色說明銅和硝酸銀發(fā)生了置換反應(yīng)，由此得出銅比銀活潑的結(jié)論。

而在教學(xué)中的實際情況卻是將銅絲插入現(xiàn)配的或久置的硝酸銀溶液后，銅絲上的沉積物均呈現(xiàn)黑色而不是白色的銀，需經(jīng)過較長時間后，才能在粗銅絲上看到海綿狀灰白色的銀，并且比較易脫落，而且在課堂演示的短時間內(nèi)很難觀察到溶液顏色的變化。這些問題的出現(xiàn)究竟是什么原因？該如何解決呢？正當(dāng)筆者困惑之際，讀到了田博文、劉懷樂老師的《cu和AgNO₃反應(yīng)生成的Ag是什么顏色？》一文，深受啟發(fā)，于是筆者也在實驗室中對Cu和AgNO₃溶液的反應(yīng)進(jìn)行了一系列的探究。

二、猜想與假設(shè)

問題1：銅絲上的黑色物質(zhì)是什么？

觀點1：是銀。這與物質(zhì)的狀態(tài)有關(guān)，從溶液中生成的銀是非常小的顆粒，對光全吸收，因此為黑色；觀點2：銅絲表面生成的銀被氧化，所以呈現(xiàn)黑色觀點；觀點3：該反應(yīng)在生成銀的同時，還生成了Cu，也就必有Cu²⁺的水解，因此銅絲上附著的物質(zhì)成分并不單一。

問題2：為什么很長時間后才能看到溶液呈現(xiàn)藍(lán)色？

觀點1：反應(yīng)時間較短時，溶液中的Cu²⁺濃度小，所以看不出溶液的顏色。觀點2：因為在酸性溶液中，銀有較高的氧化勢（Ag+e=Ag，E=0.799V），但在中性溶液中，Ag₊面對不活潑金屬Cu，首先可能發(fā)生的反應(yīng)是Ag+Cu=Ag+Cu，進(jìn)而是Ag+Cu=Ag+Cu，兩式相加才是2Ag+Cu=2Ag+Cu。

三、證據(jù)搜集

實驗操作：將蒸餾水煮沸冷卻后配制硝酸銀溶液，測定溶液pH，然后向試管中滴加植物油，再插人銅絲。

實驗現(xiàn)象：硝酸銀溶液的pH接近7：銅絲與硝酸銀溶液剛接觸部分表面呈現(xiàn)黑色，較長時間后逐漸呈現(xiàn)白色，且越是遠(yuǎn)離銅條，生成的物質(zhì)越銀白。

分析解釋：由上述實驗現(xiàn)象不難看出，銅和硝酸銀溶液的反應(yīng)其實并非我們想象的那么簡單。銅絲上黑色物質(zhì)主要為銀，也有少量的Cu水解的產(chǎn)物，反應(yīng)后溶液顏色的呈現(xiàn)與反應(yīng)時間有很大關(guān)系。這個實驗的關(guān)鍵在于要使Ag表現(xiàn)應(yīng)有的氧化性，就需要溶液具有合適的酸度和濃度。平時實驗時，實驗室中提供的硝酸銀溶液往往沒有標(biāo)明濃度，也沒有經(jīng)過酸化處理，這些因素是造成該實驗現(xiàn)象不如意的原因之一；另外銅絲如果在實驗室存放已久，表面失去了金屬光澤，意味著銅絲表面覆蓋了氧化物，這也是對該實驗造成影響的因素之一。該實驗操作和實驗裝置均較簡單，無需進(jìn)行特別改進(jìn)。

創(chuàng)新設(shè)計關(guān)鍵：（1）銅絲表面進(jìn)行去除氧化物處理，盡量消除銅絲表面的氧化物對實驗的影響；（2）對硝酸銀溶液的酸堿度進(jìn)行測試并配置不同濃度的溶液進(jìn)行對比，找尋最適合進(jìn)行該實驗的溶液酸堿度和濃度；（3）酸化硝酸銀溶液，抑制水解，增強Ag+的氧化性；（4）適度提升反應(yīng)溫度，加快反應(yīng)。

五、實驗過程

1.用蒸餾水和硝酸銀固體分別配制0.5%AgNO₃溶液、2%AgNO₃溶液、3%AgNO₃溶液、5%AgNO₃溶液。

2.向四支貼有標(biāo)簽的試管中分別加入0.5%AgNO₃溶液、2%AgNO₃溶液、3%AgNO₃溶液、5%AgNO₃溶液

由上述實驗可見得，本實驗要達(dá)到比較迅速觀察到銅絲表面析出銀白色固體且溶液顏色變?yōu)樗{(lán)色，AgNO₃溶液的濃度應(yīng)稍大些對于縮短實驗時間有比較明顯的幫助，而且為了能確保Ag析出，需要對溶液進(jìn)行酸化處理，加入濃硫酸既能夠酸化溶液，抑制水解，同時濃硫酸溶于水放熱，又能提高反應(yīng)溫度，可謂一舉兩得。當(dāng)然，在實驗前要仔細(xì)處理用于反應(yīng)的銅絲，確保實驗成功。約3mL，再向試管中各滴加1滴濃硫酸，置于試管架上備用。

3.將銅絲底端繞成螺旋狀以增加接觸面積，在酒精燈火焰上加熱至紅熱，再將加熱后的銅絲伸入酒精溶液中至表面光亮后取出。此舉目的是去除銅絲表面可能殘留的氧化物。

4.將處理光亮的銅絲分別伸入上述各濃度AgNO₃溶液中，觀察現(xiàn)象。

六、實驗現(xiàn)象及結(jié)論