銅與濃、稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的綠色化設(shè)計(jì)

高璇

摘 要：通過(guò)對(duì)教材中銅與濃、稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，根據(jù)所掌握的理論知識(shí)，發(fā)現(xiàn)教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在一些不足。本文結(jié)合相關(guān)知識(shí)對(duì)此反應(yīng)進(jìn)行了部分改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以更加環(huán)保，讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加容易觀察，同時(shí)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)在操作上也更加簡(jiǎn)便，并且易于調(diào)控。

關(guān)鍵詞：銅;濃、稀硝酸;實(shí)驗(yàn);綠色設(shè)計(jì)

在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)中，發(fā)現(xiàn)銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)在證明硝酸的強(qiáng)氧化性上具有十分重要的作用。但是通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)按照教材中的設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，會(huì)有很多一些不足之處。其中最為明顯的兩點(diǎn)就是：①實(shí)驗(yàn)的可調(diào)控性不強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中硝酸經(jīng)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生NO2，但是因?yàn)椴荒軐?duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行控制，NO2常常會(huì)散發(fā)到空氣中，對(duì)環(huán)境造成污染;②因?yàn)榉磻?yīng)是在試管中進(jìn)行的，而試管中原有的空氣會(huì)將銅與稀硝酸反應(yīng)得出的NO氧化，形成紅棕色的NO2，這種紅棕色的氣體就極易將無(wú)色的NO掩蓋，使觀察者不能清晰觀察到NO，也不能發(fā)現(xiàn)NO與NO2之間的反應(yīng)過(guò)程。針對(duì)以上不足之處，本文對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，將反應(yīng)容器由原來(lái)的試管改為移液管，通過(guò)這種改進(jìn)，不僅實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程也更加簡(jiǎn)便，而且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的綠色化。

1.與濃硝酸反應(yīng)

1.1具體操作

選取容量為25ml的移液管一支，在移液管中插入一根銅絲并確保銅絲的末端已插入移液管的球泡中，此時(shí)為了防止銅絲在反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)移動(dòng)可以將銅絲上端稍稍進(jìn)行彎曲并卡在移液管的內(nèi)壁上，也可以根據(jù)實(shí)際的使用需求選擇適當(dāng)?shù)奈恢脤⑵鋺覓?。在將銅絲固定后，需要對(duì)移液管進(jìn)行操作，首先就是要將乳膠管與移液管進(jìn)行連接，并且乳膠管還要配有止水夾。然后準(zhǔn)備裝有適量濃硝酸的燒杯，并將移液管的下端插入濃硝酸液面以下。在這些操作結(jié)束后開(kāi)始反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，首先打開(kāi)止水夾使用洗耳球直至燒杯中的濃硝酸經(jīng)移液管與銅絲接觸發(fā)生反應(yīng)，此時(shí)關(guān)閉止水夾。觀察可發(fā)現(xiàn)移液管中有大量紅棕色氣體產(chǎn)生，并且移液管中的液體顏色也變成了藍(lán)綠色。當(dāng)移液管中液面下降并不再與銅絲接觸時(shí)，反應(yīng)中止。此時(shí)松開(kāi)止水夾使移液管中的液體流入燒杯中，當(dāng)即將流完時(shí)關(guān)閉止水夾。稍后將移液管插入另一裝有NaOH溶液的燒杯中，再次打開(kāi)止水夾通過(guò)洗耳球向移液管通氣并將NO2氣體都排入燒杯的NaOH溶液中。

1.2實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

①改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置在操作上更加簡(jiǎn)便，并可循環(huán)使用;②反應(yīng)過(guò)程中的現(xiàn)象更加明顯，因反應(yīng)發(fā)生在移液管中，反應(yīng)位置較高，可以使觀察者清晰觀察到所產(chǎn)生的紅棕色的NO2氣體;③改進(jìn)后的裝置在操作上更容易調(diào)控，可根據(jù)實(shí)際需求隨時(shí)終止反應(yīng)的發(fā)生，即只需讓移液管中的液體與銅絲分離;④在改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)中，儀器的用途更加廣泛，而且在反應(yīng)物的使用上也更加節(jié)省;⑤整個(gè)實(shí)驗(yàn)都發(fā)生在密閉的環(huán)境中，不論是反應(yīng)過(guò)程中還是反應(yīng)結(jié)束后，有毒氣體都不會(huì)逸散到空氣中對(duì)環(huán)境造成污染，并且反應(yīng)后的產(chǎn)物也更容易處理。

2.與稀硝酸反應(yīng)

2.1具體操作

與濃硝酸實(shí)驗(yàn)一致，在與稀硝酸的進(jìn)行裝置配置時(shí)也應(yīng)選取一支移液管，并在其內(nèi)壁上固定一根長(zhǎng)銅絲，同時(shí)還應(yīng)在移液管上管口連接帶止水夾的乳膠管。稍后在燒杯中放入稀硝酸并將移液管移入燒杯中，使其下管口與稀硝酸相接觸，通過(guò)洗耳球使稀硝酸被吸入移液管中直至到達(dá)指定為止，關(guān)閉止水夾使稀硝酸停止上升。此時(shí)就可以清楚觀察到銅與稀硝酸在移液管中發(fā)生反應(yīng)，不僅有氣泡開(kāi)始附著于銅絲表面，移液管中的液體夜色也發(fā)生了變化，并且液面也開(kāi)始下降。此時(shí)移液管中已充滿反應(yīng)后的無(wú)色液體。當(dāng)銅絲與液面不再接觸時(shí)，反應(yīng)也中止。此時(shí)松開(kāi)止水夾使空氣進(jìn)入移液管中，觀察者就可清楚看到移液管中的氣體變成了紅棕色，并將移液管中的液體緩慢推入燒杯中。當(dāng)液體即將流盡時(shí)，將移液管下管口插入裝有NaOH溶液的燒杯中，并向移液管中緩慢通入空氣將移液管中的NO2氣體全部推送入NaOH溶液中，被吸收處理。

2.2實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

①改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置在操作上更加簡(jiǎn)便，并可循環(huán)使用;②反應(yīng)過(guò)程中的現(xiàn)象更加明顯，因反應(yīng)發(fā)生在移液管中，反應(yīng)位置較高，可以使觀察者清晰觀察到所產(chǎn)生的NO是一種無(wú)色氣體，并在與空氣接觸后就會(huì)被氧化成紅棕色的NO2;③改進(jìn)后的裝置在操作上更容易調(diào)控，可根據(jù)實(shí)際需求隨時(shí)終止反應(yīng)的發(fā)生，即只需讓移液管中的液體與銅絲分離;④在改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)中，儀器的用途更加廣泛，而且在反應(yīng)物的使用上也更加節(jié)省;⑤整個(gè)實(shí)驗(yàn)都發(fā)生在密閉的環(huán)境中，不論是反應(yīng)過(guò)程中還是反應(yīng)結(jié)束后，有毒氣體都不會(huì)逸散到空氣中對(duì)環(huán)境造成污染，并且反應(yīng)后的產(chǎn)物也更容易處理。

結(jié)束語(yǔ)

改進(jìn)后的裝置顯著提高了我們對(duì)銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的觀察興趣，通過(guò)實(shí)驗(yàn)中環(huán)保理念的加入，也能更加清醒認(rèn)識(shí)到NO2氣體的有害性。通過(guò)參與實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的設(shè)計(jì)過(guò)程，并進(jìn)行實(shí)際操作，不僅加深了對(duì)銅與濃、稀硝酸反應(yīng)過(guò)程的記憶與理解，也提升了對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的合理配置及使用處置能力。在選取實(shí)驗(yàn)裝置的過(guò)程中也對(duì)不同裝置的用途和效果再次加深了印象，對(duì)之后的實(shí)驗(yàn)選材起到了極大的指導(dǎo)作用。而且親自參與對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與設(shè)計(jì)還能大大提升對(duì)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，并逐漸重視不同實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)環(huán)保的要求，無(wú)形之中就使環(huán)保意識(shí)得到了顯著提升。而且在今后的學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，這種嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的作風(fēng)將會(huì)一直伴隨自己的求學(xué)生涯。此次改進(jìn)實(shí)驗(yàn)有效激發(fā)了我的拓展思維，并極大地培養(yǎng)了自我創(chuàng)新的能力以及對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的探索能力。

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