銅與濃、稀硝酸的反應微型實驗裝置的改進

2011級本科生：陳振娣 趙曉智

指導教師：衷明華

銅與濃、稀硝酸的反應選自蘇教版新教材《化學1》，筆者對該反應裝置進行改進，加強了學生對不同濃度硝酸的氧化性不同的理解，而且提高了實驗的安全性，減少了實驗用劑量，降低了尾氣毒害性，遵循了綠色化學和微型實驗的要求。

一 實驗目的

（1）利用濃硝酸與銅反應產生的二氧化氮，與蒸餾水反應形成稀硝酸，從而在同一裝置中進行銅與濃、稀硝酸反應，有利于學生觀察實驗現象，便于學生對不同濃度硝酸的氧化性不同的理解。

（2）用氫氧化鈉溶液吸收二氧化氮尾氣，以防止其泄漏。

（3）采用生活中的廢棄物如注射器等替代原設計器材，體現綠色化學理念，并且采用了尾氣處理，實驗環保。

（4）銅與濃、稀硝酸的反應以及其尾氣處理在同一套裝置中進行，方便快捷，且采用的是微型儀器，減少化學試劑用量，節約能源，減少環境污染。

二 實驗原理

Cu+4HNO3（濃）═══Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

3NO2+H2O ═══2HNO3+NO

3Cu+8HNO3（稀）═══3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

2NaOH+2NO2═══NaNO3+NaNO2+H2O

2NO+O2═══2NO2

三 實驗儀器和藥品

（1）儀器：注射器、側泡具支試管、V形側泡反應管。

（2）藥品：濃硝酸、蒸餾水、銅片、NaOH溶液。

四 實驗裝置

五 實驗步驟及其現象

（1）按上圖連接裝置。

（2）檢查裝置的氣密性。

（3）往側泡具支試管中加入銅片，往上端的注射器加入少量濃硝酸，往V形側泡反應管的V形凹槽中加入蒸餾水和銅片，往V形側泡反應管的第三個凹槽中加入氫氧化鈉溶液，第二支橫放的注射器先抽取2mL空氣。

（4）反應開始，將濃硝酸緩慢滴加到側泡具支試管中，過一會兒觀察到側泡具支試管的溶液由無色變為藍綠色，且上方的試管壁變為紅棕色；而V形側泡反應管的V形凹槽中的銅片表面不斷出現小氣泡，其中的溶液慢慢變為藍綠色；而裝有氫氧化鈉溶液的V形側泡反應管的第三個凹槽內無明顯現象。

（5）橫放的注射器往外拉，可看到注射器內顏色逐漸變為紅棕色。

六 實驗現象的解釋

（1）將濃硝酸滴加到側泡具支試管中，銅與濃硝酸反應，產生紅棕色氣體為二氧化氮氣體；溶液由無色變為藍綠色，是由于生成了硝酸銅，反應方程式為：

Cu+4HNO3（濃）═══Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

用手觸摸試管底部燙手，可知反應是放熱的。

（2）側泡具支試管中產生的二氧化氮跑到V形側泡反應管的V形凹槽中，隨著二氧化氮氣體不斷溶于蒸餾水中，生成稀硝酸，此時稀硝酸與水反應，生成硝酸銅（溶液變為藍綠色）和一氧化氮（銅表面產生小氣泡）；剩余的二氧化氮跑到V形側泡反應管的第三個凹槽，與氫氧化鈉溶液發生歧化反應，反應方程式為：

2NaOH+2NO2═══NaNO3+NaNO2+H2O

（3）橫放的注射器推手往外拉，無色氣體一氧化氮被吸入注射器后與其中的空氣反應生成紅棕色的二氧化氮氣體。

七 注意事項

（1）注射器的針頭不能太大，否則滴加濃硝酸速度過快，反應太劇烈，把V形側泡反應管的V形凹槽中的液體沖到氫氧化鈉溶液中，造成實驗失敗。

（2）微型儀器裝置比較小，裝藥品時必須小心。

八 裝置的優點

（1）該裝置的氣密性良好，防止NO、NO2的泄漏。

（2）該實驗裝置可以使銅與濃、稀硝酸反應，且用NaOH溶液吸收過量的NO2，而橫著的注射器可用于檢驗剩余的NO。

（3）V形側泡反應管可防止反應過快，蒸餾水可進到V形側泡反應管的前兩個凹槽中。

（4）注射器可以控制銅片與濃硝酸的反應。

（5）試驗后無污染，符合綠色化學和微型實驗的實驗理念。

（6）常規實驗污染是相當嚴重的，刺激性的氣味使人難以忍受，而微型實驗用量少，即使有所泄漏產生的危害也小，少量的尾氣處理起來也很方便。

參考文獻

［1］沈戮.一組微型化學實驗的設計［J］. 內蒙古民族大學學報，2009（4）：100～103.

［2］王建民.蘇教版高一年級上《銅與濃稀硝酸的反應》教學設計［DB/OL］.http://www.docin.com/p-919736763.html.