再談蘇教版中銅與稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

楊友智

摘要：銅與稀硝酸反應(yīng)制?。危系姆磻?yīng)一直是中學(xué)化學(xué)必做的演示實(shí)驗(yàn)。蘇教版新教材對(duì)該實(shí)驗(yàn)的裝置進(jìn)行了改進(jìn)，但實(shí)驗(yàn)裝置仍存在一些弊端。故筆者對(duì)該實(shí)驗(yàn)的裝置進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，對(duì)照性增強(qiáng)，效果良好， 也達(dá)到了環(huán)保的要求。

關(guān)鍵詞：銅與稀硝酸；ＮＯ和ＮＯ２；實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)

文章編號(hào)：1008-0546（201１）０５-00９３-0２中圖分類號(hào)：G63３．８文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ｂ

doi：10.3９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０５４６．２０１１．０５．０４４

蘇教版新教材《化學(xué)１》中雖然對(duì)銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)裝置做了改進(jìn)，但筆者認(rèn)為仍然不夠理想，它依然存在污染問(wèn)題，且難以終止反應(yīng)，故筆者在教學(xué)過(guò)程中也嘗試了對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)。這套改進(jìn)裝置操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，構(gòu)思巧妙，可視性強(qiáng)，不但能控制反應(yīng)時(shí)間，而且能避免一氧化氮、二氧化氮對(duì)教室內(nèi)空氣的污染。更加精彩的是改進(jìn)裝置能靈活操作且具有很高的趣味性，試劑用量又少。如果所帶班級(jí)較多，不用拆換裝置即可重復(fù)使用。

一、現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)存在的缺點(diǎn)

蘇教版現(xiàn)行教材中所設(shè)計(jì)的銅和濃、稀硝酸反應(yīng)是在試管中進(jìn)行的，并用排水法把ＮＯ收集在集氣瓶中，該實(shí)驗(yàn)存在如下的缺點(diǎn)：

（１）試管內(nèi)空氣未排凈，不易觀察到無(wú)色的ＮＯ的生成。即使可以用排水法收集到ＮＯ，也沒(méi)有說(shuō)服力，因?yàn)槭占降臒o(wú)色的ＮＯ可能是由ＮＯ２與水反應(yīng)生成的。

（２）實(shí)驗(yàn)完畢后，無(wú)法使反應(yīng)立即停止，一旦銅片和稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的ＮＯ過(guò)多，會(huì)使其向空氣中逸散，污染空氣。

（３）取下蓋玻片觀察ＮＯ和Ｏ２生成ＮＯ２時(shí)，會(huì)造成大量有毒氣體ＮＯ２的逸出，污染環(huán)境。

（４）處理尾氣ＮＯ時(shí)，ＮＯ為不成鹽化合物，用ＮａＯＨ吸收效果差，會(huì)有大量的ＮＯ逸出，污染環(huán)境。

基于上述原因，必須改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)裝置。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)目的

（１）銅與稀硝酸反應(yīng)能自動(dòng)停止，防止ＮＯ過(guò)多。

（２）反應(yīng)后，能有效的通入空氣，證明ＮＯ；同時(shí)還要防止ＮＯ及生成的ＮＯ２逸散到空氣中。

三、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器及用品

儀器：帶支管的試管（２個(gè)），帶支管的注射器（改進(jìn)），單孔橡皮塞，分液漏斗（２個(gè)），鐵架臺(tái)，小磁鐵（２個(gè)），膠頭滴管，止水夾（２個(gè)）。

藥品：稀硝酸，銅絲圈，ＭｎＯ２，Ｈ２Ｏ２，ＮａＯＨ溶液，石蕊試液。

四、實(shí)驗(yàn)裝置圖

（實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示）

五、實(shí)驗(yàn)操作及說(shuō)明

（１）關(guān)閉止水夾Ｅ和Ｆ，塞上Ｂ處橡膠塞，注水至支管口處，塞上盛有石蕊試液滴管的活塞。

（２）在左側(cè)試管中放入帶銅絲的小磁鐵，并在試管外壁上再用一個(gè)小磁鐵吸住內(nèi)側(cè)小磁鐵，慢慢下滑，使銅絲和稀硝酸接觸反應(yīng)，并塞上盛有ＮａＯＨ溶液的分液漏斗。

（３）打開(kāi)止水夾Ｅ和下端橡皮塞Ｂ，會(huì)發(fā)現(xiàn)注射器中液面下降。

（４）當(dāng)液面下降到大約注射器一半時(shí)，慢慢上提左側(cè)試管外壁小磁鐵，使內(nèi)側(cè)小磁鐵帶動(dòng)銅絲上升，和稀硝酸脫離，使反應(yīng)停止。

（５）關(guān)閉止水夾Ｅ，打開(kāi)止水夾Ｆ，并打開(kāi)右側(cè)盛有Ｈ２Ｏ２的分液漏斗的活塞Ｃ，使Ｈ２Ｏ２滴下，在ＭｎＯ２的催化作用下反應(yīng)放出Ｏ２。

（６）觀察注射器中現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)注射器中氣體由無(wú)色變?yōu)榧t棕色，最后又變成無(wú)色，且液面上升。

（７）當(dāng)液面上升到接近原處時(shí)，關(guān)閉止水夾Ｆ，關(guān)閉右側(cè)盛有Ｈ２Ｏ２的分液漏斗的活塞，擠入石蕊試液，觀察到注射器中溶液呈紅色，說(shuō)明溶液呈酸性。

（８）實(shí)驗(yàn)完畢后，打開(kāi)右側(cè)盛有Ｈ２Ｏ２的分液漏斗的活塞，打開(kāi)止水夾Ｅ和Ｆ，使左側(cè)試管中的ＮＯ和右側(cè)產(chǎn)生的Ｏ２反應(yīng)生成ＮＯ２，同時(shí)打開(kāi)盛有ＮａＯＨ溶液的分液漏斗的活塞Ｄ，使ＮａＯＨ溶液與試管中的稀硝酸和ＮＯ２反應(yīng)，防止尾氣逸出。

六、實(shí)驗(yàn)涉及的化學(xué)方程式及結(jié)論

銅與稀硝酸反應(yīng)生成無(wú)色的ＮＯ氣體：３Ｃｕ＋８ＨＮＯ３（稀）＝３Ｃｕ（ＮＯ３）２＋２ＮＯ↑＋４Ｈ２Ｏ

通入氧氣后氣體由無(wú)色的ＮＯ變?yōu)榧t棕色的ＮＯ２：２ＮＯ＋Ｏ２＝２ＮＯ２

紅棕色的ＮＯ２溶于水后液面上升：３ＮＯ２＋Ｈ２Ｏ＝ ２ＨＮＯ３ ＋ＮＯ或４ＮＯ２＋Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＝４ＨＮＯ３

尾氣處理時(shí)滴入足量的ＮａＯＨ溶液：２ＮＯ２＋２ＮａＯＨ ＝ＮａＮＯ２＋ＮａＮＯ３＋Ｈ２Ｏ

七、裝置改進(jìn)的意義及優(yōu)點(diǎn)

本實(shí)驗(yàn)裝置具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

（１）實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程的操作僅僅是對(duì)活塞和止水夾的開(kāi)關(guān)，而實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象卻如剛才我們觀察到的非常明顯。在區(qū)別ＮＯ與ＮＯ２的溶解性不同方面，具有很大的實(shí)用性。

（２）所用的儀器和藥品均為常見(jiàn)的儀器和藥品。

（３）實(shí)驗(yàn)裝置微型化，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)綠色化。

實(shí)驗(yàn)中藥品的用量很少，而且該實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有向空氣中排放任何有毒氣體。

（４）該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有很高的趣味性。使用這套裝置完成這一反應(yīng)，氣體顏色的改變、液面的升降、試管中產(chǎn)生藍(lán)色絮狀沉淀等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常鮮明，在學(xué)生理解其所代表的化學(xué)原理方面起到了積極的作用。

另外，裝置設(shè)計(jì)本身，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)造思維能力的訓(xùn)練和創(chuàng)新意識(shí)的培育也是一種良好的熏陶。