銅與濃、稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)以及氮氧化物性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新綠色環(huán)保設(shè)計(jì)

【摘 要】本文就銅與濃、稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)以及氮氧化物性質(zhì)實(shí)驗(yàn)原理、設(shè)計(jì)、注意事項(xiàng)、成功關(guān)鍵點(diǎn)和創(chuàng)新之處進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】銅；濃硝酸；稀硝酸；設(shè)計(jì)

【中圖分類號】G632.5 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】2095-3089（2018）34-0130-01

銅與濃、稀硝酸反應(yīng)以及氮氧化物性質(zhì)都是高中化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容。普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)人教新教材則沒有設(shè)置銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，但設(shè)置了氮氧化物性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，由于這些反應(yīng)是教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，因此在實(shí)際課堂教學(xué)中，化學(xué)老師常常通過演示實(shí)驗(yàn)突破重點(diǎn)、難點(diǎn)，并充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)際教學(xué)中，如果將硝酸的氧化性與氮氧化物的性質(zhì)整合于同一課時(shí)，利用濃、稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)生成的NOx，進(jìn)行NOx的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，能夠大大節(jié)約實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備時(shí)間和課堂教學(xué)時(shí)間，節(jié)約藥品，減少污染，有利于學(xué)生對知識的系統(tǒng)化建構(gòu)，提高課堂教學(xué)效果，會收到事半功倍的效果。

一、實(shí)驗(yàn)原理

涉及到的化學(xué)反應(yīng)：

Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O；

3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O； 2NO+O2=2NO2；

NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O； 2NO2+2NaOH= NaNO2+ NaNO3+H2O

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)用品。

干燥管、球形膠頭滴管、帶導(dǎo)管的單孔橡皮塞、橡皮管、彈簧夾、注射器（與干燥管或球形膠頭滴管的容積相當(dāng)）、小燒杯或小滴瓶。銅片、濃硝酸、氫氧化鈉溶液、蒸餾水。

2.實(shí)驗(yàn)裝置。

3.實(shí)驗(yàn)方法。

（1）銅與濃硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)：按圖1所示裝配裝置，檢查氣密性，然后在干燥管中裝人適量銅片（銅片大小以不一易從干燥管下端漏下為宜），再連接好裝置，放人小燒杯中，在小燒杯中加人30 mL體積比為1：1的硝酸。打開止水夾，用注射器快速抽取干燥管內(nèi)的空氣，濃硝酸沿著干燥管上升，_直到充滿整個(gè)干燥管，停止抽拉注射器活塞，關(guān)閉止水夾，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可清晰地看到干燥管內(nèi)溶液變藍(lán)，干燥管內(nèi)產(chǎn)生紅棕色氣體，氣體推動(dòng)藍(lán)色的溶液液面迅速下降，當(dāng)溶液與銅片分離時(shí)反應(yīng)自動(dòng)停止。

（2）NO2溶于水的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)：在銅與濃硝酸反應(yīng)的過程中，觀察到干燥管球形部分溶液剛好排出時(shí)，快速提起干燥管，插入裝有水的燒杯中這時(shí)可見水倒吸人干燥管中.紅棕色氣體變成無色，氣體體積明顯縮小。

（3）NO與O2的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)：當(dāng)（2）中紅棕色氣體全部變成無色氣體后，打開止水夾，將開始抽出的空氣推入干燥管中，可見無色氣體又變成紅棕色然后將紅棕色氣體通人NaOH溶液以處理尾氣。

（4）銅與稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)：觀察完銅片與濃硝酸的反應(yīng)之后，向燒杯中加入蒸餾水，將硝酸稀釋1倍，重復(fù)銅與濃硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的操作，可一見干燥管內(nèi)產(chǎn)生無色氣體，氣體推動(dòng)干燥管內(nèi)溶液液面下降，管內(nèi)溶液變藍(lán)，當(dāng)溶液與銅片分離時(shí)反應(yīng)自動(dòng)停止。

（5）尾氣處理：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將干燥管及時(shí)提出硝酸溶液，插人NaOH溶液以吸收尾氣。若有無色氣體未被吸收，可用注射器向干燥管注人空氣幫助其充分吸收。

三、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

1.硝酸是極具腐蝕性的溶液，極易危害人體暴露的器官，必須小心輕拿輕放，以避免濺灑到人體暴露的器官造成危害；實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的二氧化氮?dú)怏w有毒，實(shí)驗(yàn)需要在開放通風(fēng)的環(huán)境中或一個(gè)封閉的反應(yīng)柜進(jìn)行。

2.在用注射器吸入硝酸引發(fā)的反應(yīng)時(shí)，溶液一定要吸到止水夾的地方，盡量排盡空氣以便排除空氣對實(shí)驗(yàn)的干擾和影響。

3.銅與濃硝酸的反應(yīng)非常劇烈，不好控制。因此，可把濃硝酸稀釋成1：1的硝酸以代替濃硝酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，效果不錯(cuò)。

四、實(shí)驗(yàn)成功關(guān)鍵點(diǎn)

1.該實(shí)驗(yàn)無法加熱，為了加快銅與稀硝酸反應(yīng)的速率，可適當(dāng)增大稀硝酸的濃度。

2.用NaOH溶液處理氣體產(chǎn)物時(shí)，若有無色氣體未被吸收，可用注射器向干燥管注人空氣幫助其充分吸收。

五、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新之處

1.試劑用量少。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，所需試劑為一片銅片、約10ml濃硝酸、約10ml稀硝酸、20mlNaOH溶液，用品只需注射器1個(gè)，小藥瓶4個(gè)，試劑用量大大減少，材料簡單易得且可重復(fù)多次使用。

2.實(shí)驗(yàn)污染小。

反應(yīng)物用量少，則生成的有毒氣體少。同時(shí)，緩慢推注射器推桿的操作也可使有毒氣體被吸收得更充分。

3.操作簡單易行。

由于操作簡單，此實(shí)驗(yàn)適合學(xué)生做小型分組實(shí)驗(yàn)，克服了只由教師作演示實(shí)驗(yàn)而學(xué)生觀察效果不太好的缺憾。

4.可隨時(shí)控制實(shí)驗(yàn)的開始和結(jié)束。

拉注射器推桿可使銅與硝酸接觸從而使反應(yīng)發(fā)生，推注射器推桿可使銅與硝酸分離從而使反應(yīng)結(jié)束，操作簡單可行。

5.現(xiàn)象明顯，對比效果好。

6.利于對反應(yīng)產(chǎn)物的研究。

反應(yīng)剩余的液體在原盛裝有硝酸的小藥瓶內(nèi)，反應(yīng)剩余的氣體可短時(shí)保留于注射器中，可取樣后對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)一步研究。生成NO后，在空氣中迅速向后拉注射器推桿，可使空氣進(jìn)入注射器內(nèi)，無色氣體變?yōu)榧t棕色的現(xiàn)象很明顯，進(jìn)而可證明銅于稀硝酸反應(yīng)的產(chǎn)物使NO。

7.形式新穎，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。用注射器代替試管，可以讓學(xué)生覺得化學(xué)實(shí)驗(yàn)也通過我們身邊的廢舊物品來完成，達(dá)到廢物利用的目的。

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作者簡介：吳梅花（1973一），女，甘肅武威人，中學(xué)一級教師，本科，從事高中化學(xué)教學(xué)與研究。