銅與硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的微型化改進(jìn)

周兆勇

一、教材中銅與硝酸的反應(yīng)裝置和優(yōu)缺點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)1教材實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，在具支試管的底部放銅片，借助于分液漏斗向試管中加2 mL的濃硝酸，收集氣體采用的是排水集氣法，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察。

實(shí)驗(yàn)2仍用圖1所示的裝置，借助于分液漏斗向試管中加5 mL H2O用來稀釋HNO3，繼續(xù)采用排水集氣法收集氣體，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察。

圖1實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：借助于同一個實(shí)驗(yàn)裝置完成了Cu與濃、稀HNO3的反應(yīng)，節(jié)約了藥品，同時(shí)也便于操作，實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間縮短。

不足之處：

(1)實(shí)驗(yàn)采用的排水集氣法,NO2氣體收集效率低。

(2)反應(yīng)結(jié)束后,在裝置內(nèi)還存在多余的氣體，只要取下橡皮塞,NO2氣體會立刻外溢，造成對教室環(huán)境的污染。

(3)從實(shí)驗(yàn)裝置來看，銅片浸于濃硝酸中，所以反應(yīng)快慢無法控制，產(chǎn)生的氣體量通常較大,造成藥品的浪費(fèi),與綠色實(shí)驗(yàn)理念背離。

（4）借助于圖1的實(shí)驗(yàn)裝置，最后說Cu與稀HNO3反應(yīng)生成的氣體是NO，這個結(jié)論有點(diǎn)牽強(qiáng)。問題在于最后借助于排水集氣法得到的NO氣體是怎么來的呢？學(xué)生會認(rèn)為存在著2種可能性：其一，先前Cu與濃HNO3反應(yīng)后，在裝置中有NO2氣體未能完全排盡與后來所加的H2O發(fā)生反應(yīng)生成NO；其二是Cu與加H2O稀釋后稀硝酸反應(yīng)生成了NO，而直接解釋為后種結(jié)論說服力不強(qiáng)。

二、濃硝酸、稀硝酸跟銅反應(yīng)的微型化設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)裝置

裝置如圖2所示。

圖22．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

將2片銅片分別置于U形管和具支試管內(nèi)，向U形管內(nèi)加入水直到彎管部分被完全浸沒形成液封，接著用套有乳膠管的尖嘴管將U形管的細(xì)管口塞住。

實(shí)驗(yàn)1將4～5滴濃硝酸滴入具支試管讓其與具支試管中的銅片發(fā)生反應(yīng)?？梢杂^察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

（1）溶液由無色變?yōu)樗{(lán)綠色，說明生成了硝酸銅；

（2）還可以看到紅棕色氣體，生成NO2；

（3）用手去摸試管的底部，有燙手的感覺，說明是放熱反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)2經(jīng)乳膠管紅棕色氣體擴(kuò)散并漸漸充滿了U形管的大管端，NO2氣體不斷地溶解于U形管內(nèi)液封的水中生成稀硝酸，可以觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：U形管里銅片與水原來不反應(yīng)，此時(shí)在其表面不斷有小氣泡生成，U形管小端的氣體仍然無色，說明了銅與稀硝酸作用（NO2氣體與水的反應(yīng)產(chǎn)物）生成了無色的氣體NO。

實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)2中當(dāng)U形管小端里的NO氣體濃度比較高的時(shí)侯，借助于一支多用滴管對準(zhǔn)尖嘴管上方的乳膠管口吸氣，可以觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：多用滴管內(nèi)很快出現(xiàn)了紅棕色的氣體，說明U形管小管端的無色氣體NO被吸入多用滴管后與滴管里的空氣反應(yīng)生成紅棕色的NO2氣體，進(jìn)一步證實(shí)無色氣體為NO。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)如果缺乏科學(xué)的態(tài)度和方法，稍有疏忽就會出現(xiàn)科學(xué)性錯誤，這是不被允許的。所以在實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)操作等方面一定要考慮周詳，以免出現(xiàn)科學(xué)性的錯誤。微型實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)就是試劑用量少、效果明顯、實(shí)驗(yàn)安全。所以要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)要求實(shí)驗(yàn)方案簡單，用試劑少，時(shí)間短，效果好。同時(shí)微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能不用危險(xiǎn)品、減少用量、減少三廢，提高實(shí)驗(yàn)的安全程度。當(dāng)然，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不是對常規(guī)實(shí)驗(yàn)的簡單縮小，我們在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，要真正地理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)理論和實(shí)驗(yàn)要求，在此基礎(chǔ)上對傳統(tǒng)的、復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)的創(chuàng)新。

(收稿日期：2014-01-20)

一、教材中銅與硝酸的反應(yīng)裝置和優(yōu)缺點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)1教材實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，在具支試管的底部放銅片，借助于分液漏斗向試管中加2 mL的濃硝酸，收集氣體采用的是排水集氣法，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察。

實(shí)驗(yàn)2仍用圖1所示的裝置，借助于分液漏斗向試管中加5 mL H2O用來稀釋HNO3，繼續(xù)采用排水集氣法收集氣體，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察。

圖1實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：借助于同一個實(shí)驗(yàn)裝置完成了Cu與濃、稀HNO3的反應(yīng)，節(jié)約了藥品，同時(shí)也便于操作，實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間縮短。

不足之處：

(1)實(shí)驗(yàn)采用的排水集氣法,NO2氣體收集效率低。

(2)反應(yīng)結(jié)束后,在裝置內(nèi)還存在多余的氣體，只要取下橡皮塞,NO2氣體會立刻外溢，造成對教室環(huán)境的污染。

(3)從實(shí)驗(yàn)裝置來看，銅片浸于濃硝酸中，所以反應(yīng)快慢無法控制，產(chǎn)生的氣體量通常較大,造成藥品的浪費(fèi),與綠色實(shí)驗(yàn)理念背離。

（4）借助于圖1的實(shí)驗(yàn)裝置，最后說Cu與稀HNO3反應(yīng)生成的氣體是NO，這個結(jié)論有點(diǎn)牽強(qiáng)。問題在于最后借助于排水集氣法得到的NO氣體是怎么來的呢？學(xué)生會認(rèn)為存在著2種可能性：其一，先前Cu與濃HNO3反應(yīng)后，在裝置中有NO2氣體未能完全排盡與后來所加的H2O發(fā)生反應(yīng)生成NO；其二是Cu與加H2O稀釋后稀硝酸反應(yīng)生成了NO，而直接解釋為后種結(jié)論說服力不強(qiáng)。

二、濃硝酸、稀硝酸跟銅反應(yīng)的微型化設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)裝置

裝置如圖2所示。

圖22．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

將2片銅片分別置于U形管和具支試管內(nèi)，向U形管內(nèi)加入水直到彎管部分被完全浸沒形成液封，接著用套有乳膠管的尖嘴管將U形管的細(xì)管口塞住。

實(shí)驗(yàn)1將4～5滴濃硝酸滴入具支試管讓其與具支試管中的銅片發(fā)生反應(yīng)。可以觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

（1）溶液由無色變?yōu)樗{(lán)綠色，說明生成了硝酸銅；

（2）還可以看到紅棕色氣體，生成NO2；

（3）用手去摸試管的底部，有燙手的感覺，說明是放熱反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)2經(jīng)乳膠管紅棕色氣體擴(kuò)散并漸漸充滿了U形管的大管端，NO2氣體不斷地溶解于U形管內(nèi)液封的水中生成稀硝酸，可以觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：U形管里銅片與水原來不反應(yīng)，此時(shí)在其表面不斷有小氣泡生成，U形管小端的氣體仍然無色，說明了銅與稀硝酸作用（NO2氣體與水的反應(yīng)產(chǎn)物）生成了無色的氣體NO。

實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)2中當(dāng)U形管小端里的NO氣體濃度比較高的時(shí)侯，借助于一支多用滴管對準(zhǔn)尖嘴管上方的乳膠管口吸氣，可以觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：多用滴管內(nèi)很快出現(xiàn)了紅棕色的氣體，說明U形管小管端的無色氣體NO被吸入多用滴管后與滴管里的空氣反應(yīng)生成紅棕色的NO2氣體，進(jìn)一步證實(shí)無色氣體為NO。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)如果缺乏科學(xué)的態(tài)度和方法，稍有疏忽就會出現(xiàn)科學(xué)性錯誤，這是不被允許的。所以在實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)操作等方面一定要考慮周詳，以免出現(xiàn)科學(xué)性的錯誤。微型實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)就是試劑用量少、效果明顯、實(shí)驗(yàn)安全。所以要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)要求實(shí)驗(yàn)方案簡單，用試劑少，時(shí)間短，效果好。同時(shí)微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能不用危險(xiǎn)品、減少用量、減少三廢，提高實(shí)驗(yàn)的安全程度。當(dāng)然，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不是對常規(guī)實(shí)驗(yàn)的簡單縮小，我們在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，要真正地理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)理論和實(shí)驗(yàn)要求，在此基礎(chǔ)上對傳統(tǒng)的、復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)的創(chuàng)新。

(收稿日期：2014-01-20)

一、教材中銅與硝酸的反應(yīng)裝置和優(yōu)缺點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)1教材實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，在具支試管的底部放銅片，借助于分液漏斗向試管中加2 mL的濃硝酸，收集氣體采用的是排水集氣法，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察。

實(shí)驗(yàn)2仍用圖1所示的裝置，借助于分液漏斗向試管中加5 mL H2O用來稀釋HNO3，繼續(xù)采用排水集氣法收集氣體，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察。

圖1實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：借助于同一個實(shí)驗(yàn)裝置完成了Cu與濃、稀HNO3的反應(yīng)，節(jié)約了藥品，同時(shí)也便于操作，實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間縮短。

不足之處：

(1)實(shí)驗(yàn)采用的排水集氣法,NO2氣體收集效率低。

(2)反應(yīng)結(jié)束后,在裝置內(nèi)還存在多余的氣體，只要取下橡皮塞,NO2氣體會立刻外溢，造成對教室環(huán)境的污染。

(3)從實(shí)驗(yàn)裝置來看，銅片浸于濃硝酸中，所以反應(yīng)快慢無法控制，產(chǎn)生的氣體量通常較大,造成藥品的浪費(fèi),與綠色實(shí)驗(yàn)理念背離。

（4）借助于圖1的實(shí)驗(yàn)裝置，最后說Cu與稀HNO3反應(yīng)生成的氣體是NO，這個結(jié)論有點(diǎn)牽強(qiáng)。問題在于最后借助于排水集氣法得到的NO氣體是怎么來的呢？學(xué)生會認(rèn)為存在著2種可能性：其一，先前Cu與濃HNO3反應(yīng)后，在裝置中有NO2氣體未能完全排盡與后來所加的H2O發(fā)生反應(yīng)生成NO；其二是Cu與加H2O稀釋后稀硝酸反應(yīng)生成了NO，而直接解釋為后種結(jié)論說服力不強(qiáng)。

二、濃硝酸、稀硝酸跟銅反應(yīng)的微型化設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)裝置

裝置如圖2所示。

圖22．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

將2片銅片分別置于U形管和具支試管內(nèi)，向U形管內(nèi)加入水直到彎管部分被完全浸沒形成液封，接著用套有乳膠管的尖嘴管將U形管的細(xì)管口塞住。

實(shí)驗(yàn)1將4～5滴濃硝酸滴入具支試管讓其與具支試管中的銅片發(fā)生反應(yīng)?？梢杂^察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

（1）溶液由無色變?yōu)樗{(lán)綠色，說明生成了硝酸銅；

（2）還可以看到紅棕色氣體，生成NO2；

（3）用手去摸試管的底部，有燙手的感覺，說明是放熱反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)2經(jīng)乳膠管紅棕色氣體擴(kuò)散并漸漸充滿了U形管的大管端，NO2氣體不斷地溶解于U形管內(nèi)液封的水中生成稀硝酸，可以觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：U形管里銅片與水原來不反應(yīng)，此時(shí)在其表面不斷有小氣泡生成，U形管小端的氣體仍然無色，說明了銅與稀硝酸作用（NO2氣體與水的反應(yīng)產(chǎn)物）生成了無色的氣體NO。

實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)2中當(dāng)U形管小端里的NO氣體濃度比較高的時(shí)侯，借助于一支多用滴管對準(zhǔn)尖嘴管上方的乳膠管口吸氣，可以觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：多用滴管內(nèi)很快出現(xiàn)了紅棕色的氣體，說明U形管小管端的無色氣體NO被吸入多用滴管后與滴管里的空氣反應(yīng)生成紅棕色的NO2氣體，進(jìn)一步證實(shí)無色氣體為NO。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)如果缺乏科學(xué)的態(tài)度和方法，稍有疏忽就會出現(xiàn)科學(xué)性錯誤，這是不被允許的。所以在實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)操作等方面一定要考慮周詳，以免出現(xiàn)科學(xué)性的錯誤。微型實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)就是試劑用量少、效果明顯、實(shí)驗(yàn)安全。所以要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)要求實(shí)驗(yàn)方案簡單，用試劑少，時(shí)間短，效果好。同時(shí)微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能不用危險(xiǎn)品、減少用量、減少三廢，提高實(shí)驗(yàn)的安全程度。當(dāng)然，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不是對常規(guī)實(shí)驗(yàn)的簡單縮小，我們在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，要真正地理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)理論和實(shí)驗(yàn)要求，在此基礎(chǔ)上對傳統(tǒng)的、復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)的創(chuàng)新。

(收稿日期：2014-01-20)