HNO3——清洗銀鏡的理想試劑

摘要：在概述4種清洗銀鏡方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)探究用稀硝酸清洗銀鏡試管，回收所得的硝酸銀溶液可以重新做銀鏡實(shí)驗(yàn)。從廢棄物的回收和價(jià)值角度建議，可以用稀硝酸溶液作為清洗銀鏡的理想試劑。通過探究和反思，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)要防止重術(shù)輕道的傾向。

關(guān)鍵詞：銀鏡反應(yīng)；銀鏡清洗；稀硝酸；實(shí)驗(yàn)探究

文章編號：1005–6629（2015）10–0056–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 問題提出

銀鏡反應(yīng)是中學(xué)有機(jī)化學(xué)中一個(gè)非常重要的反應(yīng)。反應(yīng)原理為銀氨溶液被含有醛基的化合物還原為金屬銀，生成的金屬銀附著在容器內(nèi)壁上，光亮如鏡。實(shí)驗(yàn)室中用這個(gè)反應(yīng)來鑒定含有醛基的化合物，工業(yè)上則用這個(gè)反應(yīng)對玻璃涂銀制鏡和制保溫瓶膽。該反應(yīng)是一個(gè)將化學(xué)知識與生產(chǎn)、生活融為一體的經(jīng)典反應(yīng)。

由于清洗銀鏡試管的試劑有了上述四種選擇，那么從綜合角度比較來看，到底誰是清洗銀鏡的理想試劑是一個(gè)值得探討的問題。本文試圖從貴重銀元素的回收利用及銀鏡反應(yīng)的后續(xù)實(shí)驗(yàn)角度尋找這個(gè)問題答案。

2 各類清洗銀鏡方法概述

2.1 稀硝酸法

用稀硝酸清洗銀鏡是最傳統(tǒng)的方法。因?yàn)橄跛峋哂袕?qiáng)的氧化性，可以把銀氧化成硝酸銀，從而達(dá)到清洗目的。反應(yīng)方程式如下：

該方法優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)原理很容易被學(xué)生接受。缺點(diǎn)是有NO生成，不環(huán)保。

2.2 過氧化氫法

因?yàn)殂y是不活潑金屬，要清洗掉附著在試管壁上的銀必須使用強(qiáng)氧化性物質(zhì)。雙氧水為中學(xué)階段常見的強(qiáng)氧化性物質(zhì)，可以作為清洗銀鏡的試劑。反應(yīng)原理為[9]：

整個(gè)清洗過程中，單質(zhì)銀被雙氧水氧化成氧化銀，生成的氧化銀扮演了雙氧水分解的催化劑。

該方法優(yōu)點(diǎn)是清洗速度快，反應(yīng)過程中只產(chǎn)生氧氣而無其他污染環(huán)境的氣體生成。其缺點(diǎn)是消耗大量的雙氧水，反應(yīng)原理較復(fù)雜，清洗后形成的溶液一般當(dāng)廢液處理。

2.3 氯化鐵法

氯化鐵溶液具有很強(qiáng)的腐蝕性，常用來腐蝕不活潑的銅以制印刷電路板。因此有人探究用氯化鐵溶液來腐蝕銀鏡。實(shí)驗(yàn)證明用6 mol/L的氯化鐵溶液能腐蝕附著在試管壁上的銀，只須輕輕振蕩試管幾次，美麗光亮的銀鏡很快變成暗灰色并逐漸溶解脫落下來。

此法的優(yōu)點(diǎn)是將附著的銀溶解下來，形成細(xì)小的銀顆粒，銀可以回收。缺點(diǎn)是至今都未搞清楚此法的清洗原理，因?yàn)锳g+的氧化性強(qiáng)于Fe3+。

2.4 高錳酸鉀法

高錳酸鉀溶液不管是酸性、中性還是堿性，其氧化性都很強(qiáng)。高錳酸鉀清洗銀鏡的反應(yīng)原理如下：

3 HNO3——清洗銀鏡的理想試劑

稀硝酸作為清洗銀鏡試管的傳統(tǒng)試劑，因?yàn)榕c銀反應(yīng)會產(chǎn)生一氧化氮，因此詬病頗多。如果單純地從有無毒害氣體生成角度看，棄硝酸而找替代品著實(shí)有意義。通過前文對過氧化氫溶液、氯化鐵溶液和高錳酸鉀溶液等清洗試劑的比較后，筆者發(fā)現(xiàn)它們最終結(jié)果是：留住了試管，棄掉了銀。我們知道，銀較為昂貴而試管價(jià)格低廉。為回收試管而棄銀顯然不明智。用稀硝酸清洗銀鏡的產(chǎn)物為硝酸銀，而硝酸銀又是制備銀氨溶液的試劑。如果稀硝酸清洗銀鏡后得到的硝酸銀溶液能夠重新用來做銀鏡實(shí)驗(yàn)，那么從回收和價(jià)值鏈角度看，稀硝酸當(dāng)之無愧是四種試劑中的理想試劑。

3.1 制備銀鏡

取四支潔凈的試管，依次編號Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ。往試管里各加入1mL 2%的硝酸銀溶液，然后分別加入10%氫氧化鈉溶液2滴[10]，振蕩，再逐滴滴入2%的稀氨水，直到最初產(chǎn)生的沉淀恰好溶解為止。在四支試管中各滴入3滴乙醛，振蕩后把試管放在熱水中溫?zé)帷Ｖ钡皆嚬軆?nèi)壁附著一層光亮如鏡的金屬銀。

3.2 溶解銀鏡

配制20%稀硝酸溶液，?、瘢?，Ⅲ三支銀鏡試管。在通風(fēng)廚中往Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ試管中分別加入4mL濃度為20%稀硝酸溶液，振蕩使銀鏡全部溶解。

3.3 重做銀鏡

實(shí)驗(yàn)1 往試管Ⅰ中逐滴滴入濃度為10%的稀氫氧化鈉溶液至溶液出現(xiàn)少許渾濁，再逐滴滴入2%的稀氨水到溶液剛好變?yōu)槌吻濉Ｈ缓蟮稳?滴乙醛，振蕩后把試管放在熱水中溫?zé)帷?分鐘左右便可觀察到光亮的銀鏡。

實(shí)驗(yàn)2 將試管Ⅱ中的溶液放置一天，按實(shí)驗(yàn)1的方法做銀鏡反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，同樣可觀察到光亮的銀鏡。

實(shí)驗(yàn)3 將試管Ⅲ中的溶液轉(zhuǎn)移到另外一支潔凈的試管中，按實(shí)驗(yàn)1的方法做銀鏡反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。5分鐘左右可清晰地看到光亮的銀附在試管壁上。

實(shí)驗(yàn)4 將試管Ⅳ放置一星期后，用20%稀硝酸溶液將銀鏡溶解，按實(shí)驗(yàn)1的方法配成銀氨溶液，做銀鏡反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果也能觀察到較為光亮的銀鏡。

實(shí)驗(yàn)5 利用實(shí)驗(yàn)1得到的二次銀鏡試管，用20%稀硝酸溶液將銀鏡溶解，按實(shí)驗(yàn)1的方法進(jìn)行第三次銀鏡實(shí)驗(yàn)。結(jié)果也能觀察到銀鏡，只是銀鏡的顏色偏暗。

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用稀硝酸來清洗銀鏡，清洗后的溶液可以用來重做銀鏡實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)2、3、4啟示我們可用稀硝酸對銀鏡試管進(jìn)行集中清洗，將清洗后得到的硝酸銀溶液裝瓶備用。實(shí)驗(yàn)1、5啟示我們銀鏡試管可以反復(fù)多次用來做銀鏡實(shí)驗(yàn)，且效果不錯(cuò)。

4 硝酸作為清洗銀鏡理想試劑的反思

與雙氧水、氯化鐵、高錳酸鉀等新型銀鏡清洗試劑相比，硝酸清洗后得到的硝酸銀溶液與新購買的硝酸銀溶液在功能上并沒有太大的差別，而硝酸銀又是中學(xué)階段使用較為廣泛的昂貴試劑之一，因此不管從節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本還是開展探究教學(xué)角度看，稀硝酸應(yīng)當(dāng)為清洗銀鏡的理想試劑。也許有人會提出反對，硝酸在清洗銀鏡過程中不是會有少許氮氧化物生成嗎？作為中學(xué)實(shí)驗(yàn)，若凡是遇到有少量毒害氣體生成的實(shí)驗(yàn)一概不做或用視頻代之，這豈不是讓我們學(xué)生看不到真實(shí)的化學(xué)？這又豈是真正的化學(xué)教育？在用稀硝酸清洗銀鏡試管的過程中，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)NO的檢驗(yàn)，通過視覺與嗅覺來認(rèn)識NO、NO2，這又是對銀鏡后續(xù)實(shí)驗(yàn)的另外一種開發(fā)。

現(xiàn)下鼓勵(lì)教師對教材上的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，但要防止重術(shù)輕道的傾向，甚至將實(shí)驗(yàn)異化，背離實(shí)驗(yàn)的教育功能。如有關(guān)溴乙烷在強(qiáng)堿的乙醇溶液共熱發(fā)生消去反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，2004年人教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》（選修5）并沒有給出具體藥品用量，也沒有反應(yīng)發(fā)生裝置圖，僅是給出了一個(gè)檢驗(yàn)乙烯氣體的假想方案。很多教師據(jù)此對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)研究[11，12]，試圖證明有乙烯生成。其實(shí)溴乙烷在強(qiáng)堿的乙醇溶液中既發(fā)生取代反應(yīng)又發(fā)生消去反應(yīng)，而且以取代反應(yīng)為主，乙烯的含量極少。如1-溴丙烷在乙醇鈉溶液中的取代產(chǎn)物與消去產(chǎn)物的百分比為：90.2%：9.8% [13]。因此這類實(shí)驗(yàn)改進(jìn)既難取得成功，也容易將學(xué)生引入歧途：溴乙烷（或其他鹵代烴）在強(qiáng)堿醇溶液中只發(fā)生消去反應(yīng)。就中學(xué)生認(rèn)識水平而言，教材的編寫意圖只是想通過溴乙烷在不同條件下發(fā)生不同類型的反應(yīng)，讓學(xué)生掌握水解反應(yīng)（取代反應(yīng)）和消去反應(yīng)的類型和概念而已。至于什么類型的鹵代烴在醇鈉溶液中以取代產(chǎn)物為主，什么類型的鹵代烴在醇鈉溶液中以消去產(chǎn)物為主則是大學(xué)課程要探討的內(nèi)容。

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