銅與濃、稀硝酸的微型實(shí)驗(yàn)一體化改進(jìn)設(shè)計(jì)

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(shí)驗(yàn)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(diǎn)和難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：銅濃、稀硝酸微型實(shí)驗(yàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)

銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)對(duì)于高一學(xué)生比較難以理解和把握，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生可以直觀地觀察到硝酸的強(qiáng)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(shí)驗(yàn)是使用微型化的儀器裝置進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，其化學(xué)試劑的用量雖然只為常規(guī)實(shí)驗(yàn)用量的幾十分之一甚至是幾千份之一，但其實(shí)驗(yàn)效果卻可以達(dá)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(qiáng)的操作性和很好的教學(xué)效果。

筆者針對(duì)銅與濃、稀硝酸的原理和微型實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一體化改進(jìn)，增加了尾氣處理和同時(shí)進(jìn)行反應(yīng)對(duì)照，希望達(dá)到更好的教學(xué)效果。

一、原實(shí)驗(yàn)的不足之處

(1)在常規(guī)的實(shí)驗(yàn)裝置中沒(méi)有尾氣處理裝置，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)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(shí)驗(yàn)，步驟繁瑣，現(xiàn)象無(wú)法同時(shí)進(jìn)行對(duì)比，不利于學(xué)生的觀察與理解，因此一體化實(shí)驗(yàn)裝置顯得尤為重要。

二、改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置圖：

圖　實(shí)驗(yàn)裝置

(3)實(shí)驗(yàn)步驟：

①按照上圖所示組裝實(shí)驗(yàn)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(guò)多，盡量不要超過(guò)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(gè)銅片放在V型側(cè)泡反應(yīng)管中的第一個(gè)玻璃泡中，同時(shí)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(wú)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(wú)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(jìn)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(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

(1)采用化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，藥品的用量少，耗時(shí)短，操作簡(jiǎn)便，安全性高，使實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，用注射器控制反應(yīng)速率，隨滴隨用，隨時(shí)可以控制實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中前一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物是后一個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物，成分利用資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)與資源的鏈狀利用，將實(shí)驗(yàn)一體化，通過(guò)把銅與濃、稀硝酸反應(yīng)現(xiàn)象不同直觀地展示出來(lái)，更加有利于學(xué)生去理解硝酸的氧化性。

(4)本實(shí)驗(yàn)對(duì)于尾氣的處理和實(shí)驗(yàn)后續(xù)的有毒物質(zhì)的銷毀達(dá)到徹底化，對(duì)環(huán)境幾乎無(wú)污染。