銅與濃、稀硝酸的微型實驗一體化改進設(shè)計

銅與濃、稀硝酸的微型實驗一體化改進設(shè)計

張威熒衷明華

(韓山師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東 潮州 521041)

摘要：銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)的實驗選自人教版高中化學(xué)必修一的第四章內(nèi)容，是有關(guān)氮元素的學(xué)習(xí)內(nèi)容的重點和難點。

關(guān)鍵詞：銅濃、稀硝酸微型實驗改進設(shè)計

銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)實驗對于高一學(xué)生比較難以理解和把握，在實驗的過程中，學(xué)生可以直觀地觀察到硝酸的強氧化性。其反應(yīng)原理如下：

Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2H2O+2NO2↑

3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+4H2O+2NO↑

3NO2+H2O=2HNO3+NO

2NO+O2=2NO2

微型化學(xué)實驗是使用微型化的儀器裝置進行的化學(xué)實驗，其化學(xué)試劑的用量雖然只為常規(guī)實驗用量的幾十分之一甚至是幾千份之一，但其實驗效果卻可以達到精確、安全、方便和防止污染環(huán)境等目的，在中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)中有較強的操作性和很好的教學(xué)效果。

筆者針對銅與濃、稀硝酸的原理和微型實驗的特點，對該實驗進行一體化改進，增加了尾氣處理和同時進行反應(yīng)對照，希望達到更好的教學(xué)效果。

一、原實驗的不足之處

(1)在常規(guī)的實驗裝置中沒有尾氣處理裝置，在實驗的過程中容易導(dǎo)致有毒氣體的泄露，危害學(xué)生與教師的身體健康；

(2)銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)是分步實驗，步驟繁瑣，現(xiàn)象無法同時進行對比，不利于學(xué)生的觀察與理解，因此一體化實驗裝置顯得尤為重要。

二、改進的實驗設(shè)計

(1)實驗用品：ML-1微型儀器一套，注射器一支、銅片、濃硝酸、蒸餾水、氫氧化鈉溶液；

(2)實驗裝置圖：

圖　實驗裝置

(3)實驗步驟：

①按照上圖所示組裝實驗儀器，可以采用以下方法檢查氣體的氣密性：用注射器抽取適量空氣注入到裝置之中，在裝置的尾部的氫氧化鈉溶液中出現(xiàn)氣泡；或者直接用注射器直接抽取裝置中的空氣，在尾氣管中出現(xiàn)水柱亦可證明氣密性良好。

②取下注射器，拔出橡皮塞，填裝藥品。使用注射器吸取適量濃硝酸，側(cè)泡具支試管中的銅片不宜過多，盡量不要超過試管的1/4，在V型側(cè)泡反應(yīng)管中的V形管處添加蒸餾水，盡量使其密封，另一個銅片放在V型側(cè)泡反應(yīng)管中的第一個玻璃泡中，同時加入少量蒸餾水浸泡，尾氣管則接入到氫氧化鈉溶液中。

③將注射器中的濃硝酸逐滴滴入側(cè)泡具支試管中，可以看到側(cè)泡具支試管中發(fā)生劇烈的反應(yīng)，產(chǎn)生大量的紅棕色氣體，溶液又無色變?yōu)樗{(lán)綠色，甚至?xí)霈F(xiàn)顏色分層，用手觸摸側(cè)泡具支試管底部，可以感受到放出的熱量。

紅棕色氣體在V型側(cè)泡反應(yīng)管的V形管處出現(xiàn)了明顯的區(qū)別，側(cè)泡具支試管一端的氣體為明顯的紅棕色，另一端的氣體則為無色，但是浸泡在蒸餾水中的銅片表面卻不斷冒出小氣泡，在V型側(cè)泡反應(yīng)管的尾端又出現(xiàn)淡淡的紅棕色氣體，證明側(cè)泡具支試管中的生成的二氧化氮在V形管中溶于水中生成稀硝酸和一氧化氮，一氧化氮被V型側(cè)泡反應(yīng)管中的空氣氧化成二氧化氮，二氧化氮再次溶解于水中，這次生成的稀硝酸與銅片反應(yīng)生成一氧化氮和硝酸銅。

④停止注入濃硝酸，取下注射器，將剩余的濃硝酸進行銷毀，抽取適量氫氧化鈉溶液注入裝置中處理裝置中殘留的酸和有毒氣體。

三、實驗改進后的優(yōu)點

(1)采用化學(xué)微型實驗儀器進行實驗，藥品的用量少，耗時短，操作簡便，安全性高，使實驗更符合新課標(biāo)要求和綠色化學(xué)的發(fā)展理念。

(2)在整個實驗過程中，用注射器控制反應(yīng)速率，隨滴隨用，隨時可以控制實驗的開始和結(jié)束，可以更好地適應(yīng)多變的課堂環(huán)境，具有良好的教學(xué)效果。

(3)實驗中前一個反應(yīng)的產(chǎn)物是后一個反應(yīng)的反應(yīng)物，成分利用資源，實現(xiàn)對與資源的鏈狀利用，將實驗一體化，通過把銅與濃、稀硝酸反應(yīng)現(xiàn)象不同直觀地展示出來，更加有利于學(xué)生去理解硝酸的氧化性。

(4)本實驗對于尾氣的處理和實驗后續(xù)的有毒物質(zhì)的銷毀達到徹底化，對環(huán)境幾乎無污染。