锌与硝酸铜反应

1、锌与硝酸铜溶液反应的实验探究范青红(江苏靖江市生祠中学214531)笔者在教完选修教材第二章 电解质溶液后 开展了一次课外活动，其中有一个活动课题是； 将一块锌板插入 1 mol L 的硝酸铜溶液中， 要求学生认真记录观察到的实验现象，并对这些现象进行科学的解释。 本实验的宗旨是： 通过实验培养学生观察问题和分析问题能力。一、实验中六种变化现象1Zn 与 Cu(N03) ：溶液首先发生了置换反应。开始析出来的铜颗粒较细呈黑色，后随因 cu 颗粒逐渐变粗而呈现棕红色。2由于zn 板上沉积了金属Cu，形成zn Cu 原电池，使溶液中H在正极 (Cu 电极 )获得电子产生H2 。所以可看到Zn 板上

2、 Cu 周围有气体冒出。3反应进行较长时间后，使H2 不断逸出，溶液中oH 浓度不断增大，而使溶液呈碱性，溶液中Cu2+ 和 OH-结合生成Cu(oH)2 沉淀，所以杯底部有淡蓝色沉淀出现。4由于溶液中Zn2+增加；也可与 OH- 结合生成白色 Zn(OH)2 沉淀，因OH- 浓度不大，不会使Zn(OH)2溶解，它混入Cu(oH)2 沉淀中。5反应进行一段时间后，可看到烧杯上半部溶液显绿色， 下半部的溶液仍显蓝色。6。烧杯中溶液随反应进行，蓝色逐渐变浅，最终变为无色。说明溶液中cu2+一部分被zn 还原为 cu，另一部分与oH结合为难镕的Cu(OH)z 沉入杯底。二、有关实验现象中几个问题的探

3、究1，Zn 板插入 Cu(NO3)2 溶液的实验， 按理论分析， 在 zn 板上金属cu 周围析出的是H2，实验中也确实得到了 H2 ，但有些学生在实验中还闻到了 NO2 特有的刺激性气味， 认为实验中产生的气体是 NO2 。这个问题提得好 !说明学生能根据自己在实验中观察到的现象，大胆发表自己的见解， 这种精神值得提倡。 为验证有些学生的 “不是氢气而是二氧化氮” 的结论，笔者提示学生从以下儿个问题加以讨论：(1) 二氧化氮是怎样产生的 ?按一般规律， Zn 板插入 Cu(N03)2 溶液，首先发生置换反应产生 Cu，然后形成zn Cu 原电池，导致溶液中H+ 在正极 (Cu 电极 )上获得

4、电子产生H2 ，这就是所观察到zn 表面 (实际上在Cu 周围 )有气泡产生的原因。假如所观察到的真是NO2 ，那又该怎样去理解?(2) 如果观察到的 N02 是事实， 道理上又不易理解， 那么能否考虑 N02 不是由 Cu(N03)2 和 Zn 板反应产生的， 而是由于 Cu(NO3)2 不纯造成的 ?基于上述推测， 笔者和几位学生检查学校现有的化学试剂，发现了本实验所用的化学纯试剂中含O 4HNO3 成分。至此，学生似乎寻找到了答案。但笔者又提醒他们，若改用纯度更高的分析纯Cu(NO3)2 重复实验，结果怎样 ?但仍有少数学生发现实验中有NO2 气味产生。1(3) 根据讨论，大多数学生认为

5、N02 味产生的原因有两种可能：cu(N03)2 中含游离的硝酸； Zn 板与 Cu(N03)2 溶液反应所致 我们认为：金属Zn 与 Cu(N03)2 溶液接触时； zn作为还原剂。它遇到了三种可以把它氧化的物质：Cu2+、 H+( 或 H2O) 和 NO3-( 或 HN03) ；三个氧化还原反应只是所占比重不同。在一般情况下，还是以前面两个为主，若实验用的Cu(NO3)2 中含较多游离 HNO3 ，就会嗅到 N02气体较浓些。若 Cu(N03)2中不含 HN03 。N02 的气体就会较淡些。有关反应为：3Zn 十 8HN03 3Zn(N03)z十 2NO 十 4H2O ， 2NO十 02

6、2N02 ，至此，这一问题的结论：在产生H2 的同时常会伴有N02 气体产生。2实验进行一段时间，烧杯中上半部呈绿色，下半部仍显蓝色。下半部溶液显蓝色说明溶液中仍为 Cu(N03)2 ，而上半部为什么显绿色且绿色存在较长一段时间呢?这一问题也是学生讨论的焦点之一。对这一问题的探究，笔者引导学生从溶液由蓝-绿 -无色这一过程来推测：(1) 绿色的产生可能是由 cu+显示出来 (Cu+产生过程实际为： Cu2+ Cu+ Cu) ，但 cu+一般情况下为无色的，并非绿色， 除非有特殊的阴离子与之结合才产生特殊颜色，而本实验溶液中只有 Cu2+ 、Zn2+、 NO3-、H+ 、OH- 。而 Cu+与

7、N03-存在下也不是绿色， OH- 与 Cu+ 结合也不生成绿色氢氧化亚铜沉淀。 查阅资料发现氢氧化亚铜为黄色， 因此， 绿色可以认为是氢氧化亚铜黄色混悬物和剩余水合铜离子Cu(H2O)4 2+ 的蓝色混合而成的“混合色”。(2) 绿色为何持续较长时间 ?按资料文献看 cu+在水溶液中很不稳定，迅速地发生歧化反应： 2Cu+ Cu 十 Cu2+ 不过只要有剩余Zn 和 cu2+的存在。只要反应还在进行。那么cu+就会不断地产生，不断歧化，歧化产生cu2+还能继续参加反应，直至全变成cu 单质为止。所以 cu+存在较长一段时间是可以理解的。(3)cu+ 是怎样产生的呢?很多学生讨论认为是zn 将

8、 cu2+还原所得的， 但根据所观察到现象，绿色是在溶液的上半部而不是在zn 板周围，笔者通过查阅有关文献和综合有关化学反应认为，将 cu2+还原成 cu+是由前一步产生的H2 而还原的， 反应式为： H2 十 2Cu2+十 20H- 2Cu+ 十 2H20 ， OH- 显然来自水的电离。三、实验中涉及的基本反应通过讨论，大家认为， Zn 板插入 Cu(N03)2 溶液中，并非简单的两种物质问的反应。实际上出现比预想的多得多的现象。按时间大体顺序发生了下列反应：所有上述反应均是中学学过的基本化学反应，只不过在特定条件下结合起来罢了。四、实验后的启示、启示之一：要清除限制观察能力发展的各种樟碍。

9、如果我们从开始就认为zn 与 cu(N03)2溶液反应只不过是下面一个反应而已：Zn 十 Cu2+ Cu 十 Zn2+ 就不可能观察到更多的细微而又不易被发现的现象，就会“视而不见、见而不思、思而不悟”。实际课堂上，书本上都说 zn 和 CU2+ 之间可以发生上述反应，但并没有说只发生这一种反应，其实在具体做某一反应的实验时， 我们看到的往往是许多反应的组合，这里有主反应，也有许多副反应，但我们要跳出已知的反应框框，获取新知，补充已知。启示之二：通过这一次实验，师生感触最深的是“学无止境”的道理。如果用CuCl2或 Cu s04 溶液代替cu(NO3)2 溶液。实验结果有何差别?如果用Al 或

10、 Fe 等比 Cu 活泼的金属代替zn 进行实验是否还能出现上述现象?我们能不能把Zn 与 Cu(N03)2 溶液反应的结果直接用来解释各种类似的反应，7若进一步研究，将 Al 板插入氯化汞 (HgCl2) 溶液中，你会发现哪些惊奇的现象?能否用上述分析方法来分析和解释这一特殊的反应?上述一系列问题，值得我们深思和再进一步探究。启示之三， 如今正处于教学改革的时代，对学生能力的培养迫在眉捷。笔者认为， 在平时的教学中， 多开展一些切合学生实际的有利他们能力培养的专题实验课，并能对实验中出2现所有问题进行讨论和探索研究， 对学生能力和教学质量的提高以及适应当今高考的选拔必定有很大的促进作用。【参

11、考资料】硝酸铜跟锌反应主要产物的探索【原理】硝酸铜跟锌的反应，是一个复杂的氧化还原反应。锌除了从硝酸铜溶液里置换出铜以外， 还能跟硝酸铜水解生成的硝酸反应。 反应的产物件随着硝酸浓度的不断降低，由一氧化氮依次转变成一氧化二氮、氮气，直到铵离子。本实验主要使学生用实验探索硝酸铜跟锌反应的主要产物。【用品】 100mL 针筒、铁架台、试管、硝酸铜溶液、纯锌粉、红色石蕊试纸、硫酸亚铁溶液【操作】1在 100mL 的针筒里加入4g 化学纯锌粒，然后吸入20mL0.5mol/L的硝酸铜溶液。在锌跟硝酸铜溶液反应沿未放出气体时，迅速排尽针筒里的少量的空气，并在针筒管口套一只小橡皮帽，使针筒成为封闭的反应体

12、系。用铁夹夹住针筒，放在铁架台上，观察筒里的反应现象。2放置 72h 后，反应接近完全，针筒里的硝酸铜溶液已由蓝色变成无色，生成无色气体约 85mL。3在试管里加一些反应后的溶液，滴加氢氧化钠溶液，并加热。这时产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的氨气，证明溶液里有铵根离子。4用另一支针筒的针头通过橡皮帽从原针筒里抽出10mL 气体，并吸入新配制的硫酸亚铁溶液，振荡。这时淡绿色的硫酸亚铁马上显棕色，证明针筒内的气体里含有一氧化氮。有关化学方程式是FeSO4+NO=Fe(NO)SO 4。5用上述相同的方法，用另一支针筒吸入40mL 反应后的气体，以吸入新配制的硫酸亚铁溶液，振荡。然后排出已变棕色的溶液，再吸入新制的硫酸亚铁溶液。这样反复操作，一直到针筒里的气体体积不再变化为止( 在吸入和排出时都要注意不能让空气吸入和把针筒内的气体排出) 。观察剩下的气体体积(约为10.5mL ， NO的