銅和濃稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

周世福　王繁

一、原實(shí)驗(yàn)存在的問題

人教版教材化學(xué)必修第二冊(cè)中銅和硝酸反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)存在如下問題：

1.反應(yīng)前裝置內(nèi)殘留空氣對(duì)稀HNO3與Cu反應(yīng)生成氣體產(chǎn)物的判斷有干擾。

2.通過原實(shí)驗(yàn)裝置不能有效驗(yàn)證NO、NO2的相互轉(zhuǎn)化過程。

3.反應(yīng)結(jié)束后裝置內(nèi)殘余氣體沒有進(jìn)行尾氣處理，有毒氣體可能污染環(huán)境。

二、改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

三、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的操作步驟

1.分別將輸液袋內(nèi)空氣排盡，按如圖1所示組裝好2套實(shí)驗(yàn)裝置，通過注射器外拉和內(nèi)推后看活塞是否復(fù)原進(jìn)行裝置的氣密性檢查。

2.用注射器分別向輸液袋中注入濃稀硝酸。

3.將裝入Cu片的注射器向外拉，將HNO3溶液吸入注射器，反應(yīng)開始，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可同時(shí)用手背感知裝置溫度的變化。

4.將注射器中反應(yīng)后的HNO3溶液再次推入輸液袋內(nèi)，反應(yīng)停止。

5.實(shí)現(xiàn)NO2轉(zhuǎn)化為NO：向Cu與濃HNO3反應(yīng)后的輸液袋內(nèi)注入蒸餾水，振蕩輸液袋，使之充分反應(yīng)，觀察氣體顏色變化。

6.實(shí)現(xiàn)NO轉(zhuǎn)化為NO2：將注射器中的空氣推入Cu與稀HNO3反應(yīng)的輸液袋內(nèi)，觀察氣體顏色變化。

7.尾氣處理：向以上2組實(shí)驗(yàn)的輸液袋內(nèi)分別注入6mol/L NaOH溶液，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并分析原因。

四、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

1.Cu與濃HNO3在輸液袋中反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

（1）金屬Cu逐漸溶解；（2）銅片表面產(chǎn)生大量氣泡；（3）溶液逐漸變成綠色；（4）一段時(shí)間后輸液袋逐漸鼓起且氣體為紅棕色；（5）用手背感觸可知溶液溫度升高；（6）注入蒸餾水后氣體顏色逐漸變淺，溶液逐漸變成藍(lán)色。

2.Cu與稀HNO3在輸液袋中反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

（1）金屬Cu逐漸溶解；（2）銅片表面產(chǎn)生大量氣泡；（3）溶液逐漸變成藍(lán)色；（4）輸液袋逐漸鼓起且氣體為無色；（5）通人空氣后氣體變成紅棕色；（6）用手背感觸可知溶液溫度升高。

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1.Cu與不同濃度的HNO3反應(yīng)，生成的產(chǎn)物與硝酸的濃度有關(guān)，一般情況下濃HN03產(chǎn)生NO2、稀HNO3產(chǎn)生NO；同時(shí)HNO3濃度越大，化學(xué)反應(yīng)速率越快。

2.NO2在HNO3溶液中有一定的溶解度，在溶液中溶解量達(dá)飽和后外逸到輸液袋內(nèi)；且NO2的紅棕色與Cu2+的藍(lán)色疊加使溶液呈現(xiàn)綠色。

3.Cu與HNO3的反應(yīng)溶液溫度均升高，屬于放熱反應(yīng)。

4.NO與NO2在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。

六、改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

1.反應(yīng)易控：通過注射器吸出或注入HNO3溶液，控制反應(yīng)的進(jìn)程。

2.現(xiàn)象易觀察：輸液袋是無色透明的，便于觀察溶液的顏色和氣體的顏色。

3.尾氣處理科學(xué)：NO2是有毒氣體，向密閉的輸液袋內(nèi)注入NaOH溶液進(jìn)行尾氣處理，避免NOx直接外逸到空氣中污染環(huán)境。

（收稿日期：2024-02-01）