銅與稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的探究

樊耀平

【摘要】銅與稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的成功與否，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)硝酸的氧化性有著重要的影響。文章從溫度、濃度、催化劑多角度探究，完善銅與稀硝酸反應(yīng)。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)探究；改進(jìn)

一、實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的作用和地位

硝酸的強(qiáng)氧化性是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容。濃、稀硝酸與銅的反應(yīng)也是重要的演示實(shí)驗(yàn)，通過演示實(shí)驗(yàn)可以形成鮮明的對(duì)比，使學(xué)生掌握不同濃度的硝酸的強(qiáng)氧化性。蘇教版教材采用試管實(shí)驗(yàn)，如圖1裝置。在課后“練習(xí)與實(shí)踐”中，對(duì)銅與稀硝酸反應(yīng)已有初步的改進(jìn)，但還不夠完善，存在大氣污染。

二、存在的問題

1.教材中的試管實(shí)驗(yàn)，銅和稀硝酸反應(yīng)，由于試管內(nèi)存在空氣，只能觀察到紅棕色氣體，觀察不到無色氣體。

2.反應(yīng)不能自行停止，只能等到硝酸或者銅片反應(yīng)完，浪費(fèi)藥品。

3.NO，NO2是大氣污染物，隨意排放不利于師生健康，又污染空氣。

三、實(shí)驗(yàn)探究

1.實(shí)驗(yàn)用品

儀器：U形管、單孔橡皮塞、直型分液漏斗、鐵架臺(tái)、漏斗、注射器、藥匙。

藥品：稀硝酸、銅絲圈、亞硝酸鈉晶體、5%NaOH溶液。

2.實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理及改進(jìn)裝置

（1）主要反應(yīng)原理：

3Cu+8HNO3（?。?3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

2NO+O2=2NO2

（2）裝置，圖2

在此裝置中，U形管右端能收集到無色氣體，打開分液漏斗活塞，直型分液漏斗中看到明顯的紅棕色。有助于學(xué)生對(duì)銅與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)物的判斷。但是，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在此裝置中，銅與稀硝酸反應(yīng)收集NO氣體緩慢，從反應(yīng)開始到溶液脫離銅絲，時(shí)間過長(zhǎng)。

3.針對(duì)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素——濃度，溫度，催化劑逐一研究。

（1）濃度

蘇教版教材中沒有指明稀硝酸的濃度，濃度過低，不利于反應(yīng)發(fā)生，濃度過高，會(huì)產(chǎn)生NO2 氣體。通過實(shí)驗(yàn)，找到最合適的濃度。

（2）溫度

在室溫下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，溫度較低，反應(yīng)緩慢。水浴加熱，對(duì)比反應(yīng)時(shí)間。根據(jù)不同濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)影響結(jié)果，選擇4mol/L、5mol/L、6mol/L硝酸，做對(duì)比試驗(yàn)。

（3）催化劑

①通過查閱武漢大學(xué)版《無機(jī)化學(xué)》P666頁發(fā)現(xiàn)，NO2在此反應(yīng)中起催化劑作用，NO2起傳遞電子作用：

Cu-2e-=Cu2+

NO2+ e-=NO2-

NO2-+H+=HNO2

HNO2+ HNO3=H2O+2NO2

②硝酸通過NO2獲得還原劑的電子，反應(yīng)加速。

但由于先期產(chǎn)生的NO與NO2在水溶液中反應(yīng)，生成 NO2-：NO+NO2+H2O=2HNO2 ，所以，反應(yīng)開始階段收集不到NO。重復(fù)操作時(shí)，溶液中有一定量的NO2-，使反應(yīng)加快。 NO2-離子的存在檢驗(yàn)：用試管取2ml酸性高錳酸鉀溶液，用滴管吸取U形管中少量反應(yīng)后溶液，加入試管，酸性高錳酸鉀溶液褪色。反應(yīng)原理是：2MnO4-+5NO2-+6H+=2Mn2++5NO3-+3H2O。另取少量反應(yīng)液，逐滴加入氫氧化鈉溶液至開始產(chǎn)生藍(lán)色沉淀時(shí)，再滴加AgNO3溶液，產(chǎn)生白色沉淀；最后，滴加稀HNO3，沉淀溶解。反應(yīng)原理是： Ag++ NO2-=AgNO2↓ AgNO2+H+=Ag++ HNO2

4.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將儀器按照裝置組裝好，圖2。

（2）將直型分液漏斗活塞打開 ，U形管加入少量NaNO2晶體，從U形管的左管口注入稀硝酸，一直注入液面接觸直型分液漏斗活塞下沿，趕走U形管中的空氣，關(guān)閉直型分液漏斗活塞。

（3）一段時(shí)間后可觀察到U形管右管上方有無色氣體；當(dāng)反應(yīng)到一定程度時(shí)，稀硝酸與銅絲脫離接觸，反應(yīng)自動(dòng)停止，圖3。

（4）將直型分液漏斗活塞慢慢打開，直型分液漏斗中有紅棕色氣體出現(xiàn)，圖4，U形管的左管中的稀硝酸液面下降；

（5）實(shí)驗(yàn)完畢后，將直型分液漏斗取下， 向直型分液漏斗中加入NaOH溶液，吸收NO2氣體。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)，5mol/L硝酸濃度最佳。在水浴和催化劑條件下，反應(yīng)都明顯加快。在此，采用加催化劑簡(jiǎn)潔、有效的手段完成實(shí)驗(yàn)。反應(yīng)前，在U形管中加少量NaNO2晶體，可加快反應(yīng)，適合邊講邊實(shí)驗(yàn)。

四、實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

1.裝置簡(jiǎn)單，操作方便，成功率高。2.銅與稀硝酸反應(yīng)生成無色氣體，解決教材實(shí)驗(yàn)生成紅棕色氣體問題，說服力強(qiáng)。3.整個(gè)裝置污染小，有害氣體直接吸收，安全可靠。4.整個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間合適，便于課堂演示 。

【參考文獻(xiàn)】

[1]袁鴻志.銅與稀硝酸反應(yīng)的研究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探索[J].化學(xué)教學(xué)，2006（8）：10-12.