銅和硝酸銀溶液反應(yīng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

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(shí)金屬活動(dòng)性順序的重要依據(jù)，此類實(shí)驗(yàn)原理清晰、操作簡(jiǎn)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(gè)實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間、展現(xiàn)豐富的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，更能激發(fā)學(xué)生對(duì)影響化學(xué)反應(yīng)的各種因素的思考，闡釋了化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)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(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（2016）05-0000-00 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.05.000

一、問(wèn)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(dòng)性順序的重要實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)在教材中[1]力求通過(guò)銅絲表面產(chǎn)生銀白色固體以及溶液由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)色說(shuō)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(shí)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(guò)較長(zhǎng)時(shí)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(shí)間內(nèi)很難觀察到溶液顏色的變化。這些問(wèn)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(lè)老師的《Cu和AgNO3反應(yīng)生成的Ag是什么顏色？》[2]一文，深受啟發(fā)，于是筆者也在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)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(wèn)題1：銅絲上的黑色物質(zhì)是什么？

觀點(diǎn)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(duì)光全吸收，因此為黑色；觀點(diǎn)2：銅絲表面生成的銀被氧化，所以呈現(xiàn)黑色觀點(diǎn)；觀點(diǎn)3：該反應(yīng)在生成銀的同時(shí)，還生成了Cu2+，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(wèn)題2：為什么很長(zhǎng)時(shí)間后才能看到溶液呈現(xiàn)藍(lán)色？

觀點(diǎn)1：反應(yīng)時(shí)間較短時(shí)，溶液中的Cu2+濃度小，所以看不出溶液的顏色觀點(diǎn)；2：因?yàn)樵谒嵝匀芤褐?，銀有較高的氧化勢(shì)（Ag++e-=Ag，E=0.799v）[3]，但在中性溶液中，Ag+面對(duì)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+Cu2+，兩式相加才是2Ag++Cu=2Ag+Cu2+。

三、證據(jù)搜集

實(shí)驗(yàn)操作：將蒸餾水煮沸冷卻后配制硝酸銀溶液，測(cè)定溶液pH，然后向試管中滴加植物油，再插入銅絲。

實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)時(shí)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不難看出，銅和硝酸銀溶液的反應(yīng)其實(shí)并非我們想象的那么簡(jiǎn)單。銅絲上黑色物質(zhì)主要為銀，也有少量的Cu2+水解的產(chǎn)物，反應(yīng)后溶液顏色的呈現(xiàn)與反應(yīng)時(shí)間有很大關(guān)系。這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室中提供的硝酸銀溶液往往沒(méi)有標(biāo)明濃度，也沒(méi)有經(jīng)過(guò)酸化處理，這些因素是造成該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不如意的原因之一；另外銅絲如果在實(shí)驗(yàn)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(duì)該實(shí)驗(yàn)造成影響的因素之一。該實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)裝置均較簡(jiǎn)單，無(wú)需進(jìn)行特別改進(jìn)。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(duì)實(shí)驗(yàn)的影響；（2）對(duì)硝酸銀溶液的酸堿度進(jìn)行測(cè)試并配置不同濃度的溶液進(jìn)行對(duì)比，找尋最適合進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的溶液酸堿度和濃度；（3）酸化硝酸銀溶液，抑制水解，增強(qiáng)Ag+的氧化性；（4）適度提升反應(yīng)溫度，加快反應(yīng)。

五、實(shí)踐過(guò)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論

由上述實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)得，本實(shí)驗(yàn)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(duì)于縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間有比較明顯的幫助，而且為了能確保Ag析出，需要對(duì)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(shí)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(shí)驗(yàn)前要仔細(xì)處理用于反應(yīng)的銅絲，確保實(shí)驗(yàn)成功。

參考文獻(xiàn)

[1] 人民教育出版社，課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.義務(wù)教育教科書(shū)·化學(xué)（九年級(jí)下冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2012：11

[2] 田博文，劉懷樂(lè).Cu和AgNO3反應(yīng)生成的Ag是什么顏色？[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2013，（9）：50～51

[3] 華東師范大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室，南京師范大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室.無(wú)機(jī)化學(xué)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，1992：298