铜与浓、稀硝酸反应实验的创新设计分析

铜与浓、稀硝酸反应的实验是探究硝酸的强氧化性的两个重要实验。教材上的实验是在试管中进行的,有两点不足:首先是实验不能调控,产生的有毒气体N02容易逸散到空气中,造成严重的环境污染;再就是由于不能排尽试管内的空气,铜与稀硝酸反应生成的NO(无色)极易被试管中的空气氧化成NO2(红棕色),从而影响学生对NO颜色的观察,同时也无法演示NO转化为NO2的过程。为了防止以上弊端的发生,笔者把实验改在移液管中进行,通过巧妙的设计可让实验不但现象鲜明、操作简单,而且达到了绿色化实验的要求。

1、实验装置

改进后的实验装置如图1所示。

2、实验方法

2.1 铜与浓硝酸反应

2.1.1 实验操作

取一支25 mL的移液管,将一根长粗铜丝从移液管的上端管口插入并伸至移液管的球泡中(注:为防止铜丝下落,只需将铜丝的上端稍微弯曲,即可让铜丝卡在移液管的管壁内,并可根据需要使其悬挂在移液管的适当位置),移液管的上管口连接一带有止水夹的乳胶管。在一小烧杯中加入适量浓硝酸,把以上准备好的移液管插入浓硝酸中。打开止水夹,用洗耳球对准乳胶管口吸气,当浓硝酸上升至与铜丝接触时停止吸液,取下洗耳球,关闭止水夹。这时,可以观察到移液管中的浓硝酸和铜丝开始反应,产生大量红棕色的气体,反应后的溶液呈蓝绿色(如图1A所示)。待移液管内的溶液下降至与铜丝分离,反应停止。松一下止水夹,当移液管中的溶液大部分流入烧杯中时,关闭止水夹。取出移液管,插入另一装有氢氧化物钠溶液的烧杯中(如图1C所示),打开止水夹,用洗耳球从乳胶管口向移液管内吹入空气,以排尽移液管中的NO2气体,使之被烧杯中的NaOH溶液吸收。

2.1.2 实验优点

(1)实验装置简单,操作方便,可以反复使用。

(2)现象明显,由于铜与浓硝酸在移液管内的反应所处的位置高,便于学生能清楚地观察红棕色的NO,气体的生成。

(3)该装置既可让反应自动停止,也可根据需要随时使反应停止(只要松一下止水夹,让液面下降至与铜丝分离)。

(4)取材容易,拓展了仪器的用途,节约了药品。

(5)全封闭环境实验,且实验结束后,可很方便地对反应产生的有害气体进行处理,不污染环境。

2.2 铜与稀硝酸反应

2.2.1 实验操作

取一支25 mL的移液管,将一根长粗铜丝从移液管的上端管口插入并伸至移液管的球泡中,移液管的上管口连接一带有止水夹的乳胶管。在一小烧杯中加入适量稀硝酸,把以上准备好的移液管伸人烧杯内的稀硝酸中,打开止水夹,用洗耳球对准乳胶管口吸气。当稀硝酸上升充满移液管的球泡并抵达移液管的标线以上时停止吸液,取下洗耳球,关闭止水夹。这时,可以观察到移液管中的稀硝酸和铜丝开始反应,铜丝表面有气泡产生,溶液开始变蓝色,同时可看到移液管内液面开始下降,液面上的气体为无色。待液面溶液下降至与铜丝分离,反应停止。松一下止水夹让空气进入,移液管内迅速出现红棕色气体。待移液管中的溶液大部分流入烧杯中时,关闭止水夹。取出移液管,插入另一装有氢氧化钠溶液的烧杯中(如图1C所示),打开止水夹,用洗耳球从乳胶管口向移液管内吹入空气,以排尽管中的NO,气体,使之被烧杯中的NaOH溶液吸收。

2.2.2 实验优点

(1)实验装置简单,操作方便,可以随时使反应停止。

(2)现象鲜明,能清楚地观察到NO是一种无色的气体,当它与进入的空气接触迅速生成红棕色的NO:气体。

(3)取材容易,节约了药品。

(4)全封闭环境实验,能非常方便地让NaOH溶液吸收反应产生的有害气体,不污染环境。

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