銅與硝酸反應(yīng)的實驗裝置優(yōu)化

馬春桐

摘 要：化學(xué)是一門研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及變化規(guī)律的基礎(chǔ)自然科學(xué)，化學(xué)實驗是進行化學(xué)學(xué)習(xí)研究的重要途徑，是化學(xué)的靈魂。高中化學(xué)實驗幾乎每章節(jié)都會涉及，但一些有毒氣體的制取和性質(zhì)實驗一直是化學(xué)學(xué)習(xí)中非常棘手的問題。本文通過對銅與硝酸反應(yīng)的實驗裝置進行優(yōu)化改進，利用生活用品自制化學(xué)實驗儀器，對反應(yīng)產(chǎn)生的有毒氣體在密封條件下進行處理，使實驗更簡便可行，更安全環(huán)保。

關(guān)鍵詞：銅；鹽酸；實驗裝置

一、銅與濃硝酸反應(yīng)的優(yōu)化

1.反應(yīng)原理：

Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

離子反應(yīng)：Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O

注意：當濃硝酸與銅反應(yīng)之后溶液變稀，就不再發(fā)生這個反應(yīng)了，將發(fā)生銅與稀硝酸反應(yīng)，因此為了保證一直能進行銅與濃硝酸的反應(yīng)就要保證反應(yīng)后剩余液中的硝酸也是濃的才行。從這個角度上說，二氧化氮與硝酸的比應(yīng)小于1∶2。

2.實驗用品

300 ml礦泉水瓶2只、導(dǎo)管、橡皮塞、小氣球、橡膠管、止水夾。

3.實驗準備

（1）利用塑料的熱塑性，將一根玻璃導(dǎo)管的一端在酒精燈上加熱，迅速與礦泉水瓶蓋連接，將導(dǎo)管與瓶蓋組裝好，為保證密封性良好，選擇與瓶蓋大小相同的橡皮塞連接在內(nèi)瓶蓋中，對瓶蓋與導(dǎo)管的連接處用石蠟熔融后密封。用同樣的方法處理另一只礦泉水瓶，在該瓶蓋上再打一個孔，連接導(dǎo)管并綁上小氣球。兩只礦泉水瓶的導(dǎo)管用橡膠管連接。

（2）在靠近礦泉水瓶甲的瓶蓋的導(dǎo)管上纏繞粗銅絲。

（3）在礦泉水瓶乙中加入200 ml氫氧化鈉溶液。

4.實驗過程及現(xiàn)象

用止水夾夾住橡膠管，在礦泉水瓶甲中加入10 ml濃硝酸，迅速擰緊瓶蓋，緩緩倒置礦泉水瓶?？梢杂^察到銅與濃硝酸立即反應(yīng)產(chǎn)生紅棕色的氣體，氣體自下而上逐漸充滿礦泉水瓶甲。待氣體充滿甲瓶后，打開止水夾，甲瓶內(nèi)溶液壓入乙瓶中，乙瓶中產(chǎn)生藍色沉淀，并有少量氣體逸出，被收集在氣球中。用手擠壓乙瓶，使少量反應(yīng)后的溶液進人甲瓶，甲瓶內(nèi)立即形成美麗的藍色噴泉。

5.優(yōu)化的意義

（1）將銅與濃硝酸反應(yīng)的實驗，硝酸銅與氫氧化鈉的反應(yīng)、二氧化氮與氫氧化鈉反應(yīng)的噴泉實驗巧妙地組合在一起。

（2）實驗裝置均為普通的礦泉水瓶，改造操作簡便。將橡皮塞外再加瓶蓋，密封效果更好，保證了實驗在密閉條件下進行，安全環(huán)保。

（3）實驗現(xiàn)象明顯，趣味性濃厚。

（4）為保證實驗效果，實驗前要計算好藥品的比例，在定性研究物質(zhì)的同時達到了定量研究的目的。

二、銅與稀硝酸反應(yīng)的優(yōu)化

1.反應(yīng)原理

3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

離子反應(yīng)：3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O

2.實驗用品

注射器兩只，廣口瓶，300 ml礦泉水瓶、導(dǎo)管、橡皮塞。

3.實驗準備

（1）在注射器的針筒內(nèi)事先放入少量的銅片，反應(yīng)前注意將注射器針筒內(nèi)的空氣完全排盡。

（2）在廣口瓶內(nèi)盛滿水。

4.實驗過程及現(xiàn)象

拉動注射器的活塞，慢慢地吸入適量的稀硝酸，迅速與廣口瓶上的導(dǎo)管連接，可觀察到有無色氣體產(chǎn)生，氣體將廣口瓶內(nèi)的水壓出。注射器的溶液逐漸變?yōu)樗{色。待廣口瓶內(nèi)的水被完全排出后，另取一支注射器，向廣口瓶內(nèi)注入空氣，觀察到瓶內(nèi)的氣體逐漸變?yōu)榧t棕色。實驗結(jié)束后向廣口瓶中加入氫氧化鈉溶液，徹底吸收瓶內(nèi)的二氧化氮氣體。

5.優(yōu)化的意義

（1）銅與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化氮為無色氣體，接觸到空氣后迅速與氧氣反應(yīng)生成紅棕色的二氧化氮，由于課堂教學(xué)中實驗一般都是用試管進行的簡單操作，所以很難觀察到氣體由無色變?yōu)榧t棕色的過程，對一氧化氮的認識不夠直觀、缺乏說服力。通過優(yōu)化能直觀地觀察到一氧化氮氣體的產(chǎn)生。

（2）注射器的使用既保證了實驗的密封效果，同時也使實驗操作更為便捷。

總之，利用生活用品自制化學(xué)實驗儀器使化學(xué)實驗的形式更加靈活，同時將理論上分析、推導(dǎo)得出的結(jié)論通過實驗進行驗證，使原來枯燥的理論變得有趣生動，這對化學(xué)理論知識的教學(xué)是一種嘗試和突破。

參考文獻：

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[2]周東明.淺談化學(xué)實驗現(xiàn)象結(jié)論的分析[J].中學(xué)生數(shù)理化（學(xué)習(xí)研究），2018（9）.

編輯 郭小琴