铜与浓硝酸反应环保实验的改进

1、铜与浓硝酸反应环保实验的改进 1改进目的现行高二化学教材(人教版)第15页【实验17】铜和浓硝酸反应的实验，按照教材中进行实验，在实际操作的过程中存在以下不足： (1)铜片浸在浓硝酸中不能控制反应的速率。 (2)产生的气体量较大，浪费了药品，反应后吸收不充分，会造成大气污染。 (3)实际操作的过程中步骤太繁琐。 (4)在铜和浓硝酸反应产物吸收过程中常常会出现倒吸现象。 2改进后的实验装置(如图1所示) (1)在集气瓶中装入3 mL5 mL的浓NaOH溶液。 (2)用砂纸磨擦细铜丝表面，以除去表面的氧化物，放在青霉素瓶中。 (3)把盛有2根3根铜丝的青霉素瓶用镊子放进集气瓶中。 (4)用胶头滴管

2、吸取1 mL左右的浓HNO3，通过自制泡沫瓶塞插入到集气瓶中。慢慢挤压胶头滴管，使浓硝酸加到青霉素瓶中。立即看到青霉素瓶内发生剧烈的反应，铜丝表面产生大量的气泡，溶液变成蓝色，。由蓝色逐渐变为绿色，伴有红棕色的烟雾，不断地从青霉素瓶中逸出，直至充满整个集气瓶。 反应完毕，待几分钟后发现集气瓶中的气体颜色由深变浅，直至变为无色。但溶液仍为绿色。 4实验优点 (1)整个装置为全封闭，无污染，安全可靠。避免了原装置的缺陷。所有产生气体的实验全部在密闭容器中进行，避免了对大气的污染。 (2)装置简单，操作方便，快捷，现象明显，时间短，效果好。 (3)试剂用量少，实验器材简单易得。 (4)用胶头滴管滴加

3、浓硝酸，易控制反应速率和试剂用量。 (5)用此微型环保实验装置除了制取NO2：、NH3、HCI外，还可以用于制取其他固体与液体，液体与液体反应制取气体的实验。如制取Cl2,SO2,H2S等。氢气与氯气混合爆炸的实验改进 高中化学人教版(必修加选修)第一册第四章“卤素”中有氢气与氯气混合后在光照条件下发生爆炸的实验，原实验不仅在操作前需要作大量的准备工作，而且还存在操作复杂、成功率不高、污染环境等问题。笔者经过反复试验后，对其进行了如下改进。 一、实验原理 镁和氯酸钾与浓盐酸分别反应产生氢气与氯气同时放热，氢气和氯气的混合气体受热爆炸。 Mg+2HCl=MgCl2+H2 KCl03+6HCl=K

4、Cl+3C12+3H20 H2+Cl2= HCl 二、实验装置(如图1所示) 三、实验操作 在塑料胶水瓶盖内放人约2 g氯酸钾和2 g小块镁条，用滴管吸适量浓盐酸，按图l组装好装置，再将少量水加入烧杯中形成液封(如果温度低于25cc时，可改用温水)，然后挤压胶头将滴管 图1内的浓盐酸滴入塑料胶水瓶盖中，迅速产生氢气和氯气，即可自动混合爆炸，并伴随有爆鸣声，可见到烧杯内的水被掀起，塑料瓶内产生大量白雾。爆炸实验结束后，向烧杯中加入少量氢氧化钠溶液，以便吸收反应生成的气体。 四、改进后的优点 1实验装置简单，材料来源广，容易制作。 2简化了实验操作，大大缩短了实验时间，试剂用量少，节约成本。 3实

5、验现象明显，可观察性强，效果好，安全性高，对环境无污染。 巧做酒精灯的火焰温度差异实验水 在人教版新课标化学教材第一单元课题3中，在做酒精灯的灯焰温度差异实验时，取用一根火柴梗，拿住一端迅速平放入火焰中，约1 S2 S后取出，观察处在火焰哪一层的火柴梗最先炭化，但实验时发现，即使时间很短，火柴梗也很容易燃烧起来，现象很不明显，笔者经研究发现了一种做该实验的巧妙方法。 1实验及现象 (1)取一张石棉网，将四周折叠的铁丝网均匀展开。 (2)将展开的铁丝网迅速插入酒精灯火焰的中间，很快便形成一个光亮的圆环，持续约2 S，然后便形成光亮的红圆圈。 (3)将铁丝网移开火焰，稍作冷却，重复实验。 2实验优

6、点及讨论 (1)该实验经改进后，再现性很好，只需将铁丝网移出酒精灯火焰稍作冷却，便可进行多次重复实验，操作非常简单。 (2)取用的石棉网最好光亮无锈，如有少量铁锈可先用稀盐酸除去，否则会影响实验现象。 (3)刚插入铁丝网时，由于铁丝网吸热，酒精灯火焰被暂时切断，这时便形成一个光亮的圆环，充分地验证了酒精灯的外焰温度最高的事实，实验现象非常明显。 苯溴化实验的改进 一、课堂演示实验 1仪器及药品 具支试管、带直活塞导管的橡胶塞、5 mL玻璃注射器、球形干燥管、小烧杯、三角漏斗、带导管的橡胶塞、棉花、滴管、小试管、玻璃导管、乳胶管若干、铁架台。 液溴和苯的混合液(体积比1：2)、苯、浓氨水、10N

7、aOH溶液、还原铁粉、稀HNO3、AgNO3，溶液、蒸馏水。 2实验装置(如图1所示，铁架台略去) 3实验步骤及现象 (1)在干燥的具支试管中加入少量还原铁粉，塞上带直导管的橡皮塞。 (2)在球形干燥管的球内松松地放一团蘸有浓氨水的棉花，另将一团蘸有苯的棉团放在干燥管的口部，然后按装置图连接好装置。 (3)打开直活塞，用注射器将15 mL2 mL溴和苯的混合液推入，关闭活塞。 (4)当混合液与铁粉混合时，开始处于微混状态，很快转为沸腾，反应十分激烈。此时，可以看到干燥管球内有大量白烟生成，这是溴化反应生成的HBr遇到氨生成了NH。Br固体的缘故。 (5)反应结束后，打开活塞用针筒加入5 mL

8、NaOH溶液，关闭活塞。振荡后静置片刻，就可以看到浅褐色的油状液体沉于试管底部，这就是反应产物溴苯。 ， (6)用一小试管取尾气烧杯中的溶液，滴入几滴AgNO，溶液，有浅黄色沉淀产生，加入稀HNO，不溶，说明有AgBr生成。 4实验设计意图及优点 (1)装置简单易操作。课堂演示实验装置应力求简洁明了、操作方便，这样才能达到良好的教学效果，改进后的装置符合这一特征。 (2)现象明显、验证效果显著。无论是溴、苯的剧烈反应，还是HBr的检验，白烟生成以及尾气吸收，Br-检验等，效果都十分明显，取得很好的实验效果。 (3)经济环保。药品用量少，通过尾气处理避免了空气污染，培养了学生的环保意识。由于反应

9、剧烈，会有溴挥发，蘸有苯的棉花团吸收了这部分溴；而蘸有浓氨水的棉花团更是一举两得，不但验证了产物HBr，而且吸收了它，减少了环境污染；经过这两道吸收再飘出的少量尾气，又经过水的吸收，尾气基本得到完全处理。 二、学生分组实验 1仪器及药品 具支U型管、两个带滴管的橡胶塞、小试管、玻璃直导管、玻璃弯管、乳胶管、止水夹，溴和苯的混合液、10NaOH溶液、还原铁粉、稀HNO3、AgNO3溶液。 2装置(如图2所示) 3实验步骤及现象 (1)将滴管1中的混合液挤入u型管，和铁粉混合后，发生反应。沸腾现象十分明显，同时会看到小试管里的溶液逐渐变得浑浊，这是因为有溴化银生成。(2)反应结束后，挤入滴管2中的

10、氢氧化钠溶液，略振荡，就可以在u型管底部看到油状的溴苯。 二氧化碳气体检验新法一点通做蜡烛的燃烧实验时，蜡烛通常是直立的。检验产物是在蜡烛火焰上方罩一个内壁蘸有澄清石灰水的烧杯，看澄清石灰水是否混浊，效果有，但不明显。原因一是二氧化碳气体密度比空气大，使烧杯中cO：量比较少；二是蘸的澄清石灰水少。现介绍以下方法，可改变现状，使远距离的学生也能观察到澄清石灰水变混浊。 1实验准备 V形蜡烛的制备：在一块20cm见方、厚2cm的木板上，刻V形槽，夹角约为135。，宽1cm，深1cm。V形槽中垫衬自纸条，在两端、中间各钉钉子1枚，拉上棉线1根，距底0.5cm。两端堵住，倒入融化了的蜡液体2、实验装置

11、（如图1所示）3实验步骤及现象 (1)向三颈瓶中倒入约10mL澄清石灰水；中口中轴线与水平线约成45。；将已点燃的自制V形蜡烛从三颈瓶中口伸进，如图1所示。 (2)稍等片刻可看到澄清石灰水变混浊。抽出自制V形蜡烛。握住三颈瓶振荡，澄清石灰水更加混浊。 4实验说明 自制V形蜡烛在三颈瓶中有摆放位子，有进风口、出风口，使蜡烛容易燃烧，且产物二氧化碳气体不易跑掉，易与内盛的澄清石灰水反应，且反应时间短。 5实验优点 (1)自制V形蜡烛在三颈瓶中燃烧时，所产生的产物二氧化碳气体不易跑掉，所以可远距离清楚看到澄清石灰水变混浊。 (2)亦可用此法检验气体燃烧产物中是否有二氧化碳气体。 改进的几个趣味小实验

12、 新颖的趣味小实验，可创建新异的课堂情境，激发学生思维，引起浓厚的学习热情，加深印象，便于巩固知识。课堂上适当增加一些趣味小实验，会引发学生的好奇心，促使学生积极动脑、动手，注重观察和探索未知，对他们以后的科学创新起到事半功倍的效果。笔者在教学过程中将改进的几个趣味小实验介绍如下。 一、手指着火 1步骤 将线手套用水浸透，挤去水后戴在左手上，四个手指伸进盛有40酒精的烧杯中浸湿，再伸到酒精灯火焰上引燃。为了让全体学生看清手指在燃烧，可用右手取一张纸条在左手指上方引燃。当左手感觉热时，便可用力握拳，右手握住左拳迅速挤压搓动手套，因水渗出而将火熄灭。该实验有惊无险。 2原理由于40的酒精溶液中，乙

13、醇沸点低(78<>12)，水的沸点高(100)，乙醇燃烧产生的热量消耗在水分的蒸发上，而湿手套上的水又是把手先润湿的，故手指感觉到热时需要酒精燃烧一段时间。二、会喷火的玻璃管 1步骤 取一支10mm×200mm长的普通玻璃管，一端伸进红磷药品中约05 cm后取出，用顶端带棉花的细铁丝将红磷送到玻璃管中央，用打死结的胶管套住玻璃管两端管口。加热玻璃管中央部位至红磷全部转化为白磷蒸气时，停止加热。待自然冷却半分钟后，拔掉两端的胶管，左手拿玻璃管的一端，右手用洗：耳球向该端玻璃管口中吹气，则另一端可喷出约20cm长的火焰。拔出洗耳球后再吸气，重新向管中吹气，火焰可继续喷出。此操

14、作可重复5次6次，效果非常好(注意：(1)洗耳球不能从玻璃管中吸气，否则会使火焰喷向洗耳球将手烫坏；(2)该实验要在通风处进行。) 2原理 红磷隔绝空气加热到416时，冷却即得白磷。当白磷蒸气未全部凝固时，向管中吹气便可引起白磷燃烧。 三、验证水是极性分子的家庭小实验 1步骤 打开自来水开关，使水缓慢成股流下(不能间断)，用火柴盒大小的泡沫塑料在头上(或毛衣上)摩擦几下，靠近上端水流，就会发现水流向泡沫塑料方向偏转(成功率100)。 2原理 泡沫塑料摩擦极易带电，而水是极性分子，因异性相吸，会使带相反电性的水分子一端向泡沫塑料靠近，故出现水下流方向偏转。 四、自制甩炮 1步骤 (1)将6份KC

15、IO3，研细后加水湿润，再加1份红磷拌匀。 (2)用约4 cm×10 cm的纸条在玻璃棒上卷成圆筒。 (3)纸筒中间放入上述药品(约黄豆粒大小)，两端用粉笔面堵上后再封口。放置约20 min后即可。 (4)用力将“甩炮”平着向下掷，使药面接触坚硬的地面而发出响炮声。 2原理 氯酸钾是强氧化剂，红磷作为还原剂和氯酸钾混合后，撞击时形成压强能促使两者发生氧化还原反应，使红磷在瞬间剧烈燃烧形成爆炸。 注：多余的?昆合物应放在铁盘中烧掉，不能贮存。 五、鸡蛋入瓶与出瓶 1鸡蛋人瓶 (1)步骤 燃着酒精棉团投入集气瓶(250 mL)中，片刻后再将无壳鸡蛋(盐酸溶掉外壳)润湿后直立瓶口，鸡蛋便被

16、吸入瓶内。 (2)原理 热胀冷缩。 2鸡蛋出瓶 (1)步骤 向上述有鸡蛋的集气瓶中加入20 mLNaHCO3，饱和溶液，迅速倒人5 mL浓盐酸旋转一下，立即翻转集气瓶，瓶口对着盛有清水的大烧杯，鸡蛋便自动进入烧杯中。 (2)原理 浓盐酸和NaHCO，溶液混合，产生的大量二氧化碳气体将鸡蛋从集气瓶中挤出。NaHCO+HCl=NaCl+H2O+CO2这种鉴料真假碘盐的方法科学吗 如何检验食盐中是否含碘，某些教材和众多 教辅资料都给出了“公认”的方法和反应原理 (IO3+5I-+6H+=3I2+3H20，生成的碘使淀粉变蓝)。但这种“公认”的方法和反应原理科学吗? 一、意外形象 在做“真假碘盐的鉴别

17、”的实验时，笔者让学生按照反应原理自己设计实验步骤，然后进行实验。其中有些同学设计的实验步骤为：取两支试管，分别加入1 g分析纯级的氯化钠固体和加碘食盐，分别注入3 mL蒸馏水使其振荡溶解，再分别滴入5滴10滴05疡的淀粉溶液、1 mL、0.1 molL的碘化钾溶液、1滴1 molL的稀硫酸，充分振荡，观察现象。但实验结果却是真假碘盐都变蓝，这一结果大大出乎预料，笔者以为是学生在用药匙取假碘盐时，不小心混入了真碘盐。于是，让学生们重新做一遍该实验，但实验的结果跟上次相同。怎么会这样呢? 二、实验探究及分析在学生们实验的基础上笔者设计了以下两个实验:实验1取一支试管，加入约1 g分析纯级的氯化钠

18、固体，注入3 mL蒸馏水后振荡溶解，再分别滴入5滴10滴05的淀粉溶液、1 mL 01 molL的碘化钾溶液，振荡，观察现象。再滴入1滴1 molL的稀硫酸，振荡，观察现象。 实验2取一支试管，分别滴人5滴一10滴05的淀粉溶液、1 mL 、01 molL的碘化钾溶液，振荡，观察现象。再滴人1滴1 molL的带硫酸，振荡，观察现象。 经实验得到以下现象：实验1溶液开始不变色，滴入稀硫酸溶液变蓝色；实验2溶液开始不变色，滴入稀硫酸溶液变蓝色。实验1的现象是正常的，但实验2的现象却出现了异常。为什么会这样呢?经查知： I2+2e-=2I- =0621 V 02+4H+4e-=21120 =1229

19、 V 2I03+12H+10e-=I2+6H20 =119 V 由以上数据可知，在酸性条件下溶解在水中的02，可以顺利地氧化I-。也就是说，假碘盐及实验2中氧化I-的都是02。 也许有人会说，溶液中的02浓度很小，按标准电极电位判断是不妥当的。请看详细计算： 假定溶液中c(H+)=01 molL，C(02)=0001 molL(由常温下1 L水中可溶解30 mL 02换算得知)，则 =1+0059 Vn lg氧化型还原型 =1229 V+lg0.001×(0.1)4：1129 v 故02可以顺利的氧化I-。 也许又有人会说，02氧化I一是由于c(H+)太大的缘故，如果溶液呈弱酸性就不

20、会氧化I一。请看详细计算： 假定溶液中c(H+)=10-6moLL，c(0)=0001 molL，则=1+0059 Vn lg氧化型还原型 =1229 V+lg0.001×(10-6 )4 =0831 V 。故02还是可以氧化I-，只不过反应速率较小而已。 实际上，即使在中性条件下02也可缓慢地氧化I-，这就是食盐中为什么加的碘是I03-而不是I-的原因。 总之，氧化I一的不一定是I03-，有可能是溶液中的02。也就是说用外加碘化钾的方法来检验真假碘盐是不科学的。 不仅如此，如果不法商贩将食盐中加入NaNO3、NaNO2、NaCIO等具有较强氧化性的物质，那么在酸性条件下，这些物质同

21、样能将I-氧化，从而导致出现错误的结论。 三、解决的方法 通过以上分析可知，用外加碘化钾的方法来检验真假碘盐是不严密的，因为使淀粉变蓝的碘有可能是来自外加的碘化钾。如何检验才是严密的呢?笔者设计了以下检验思路：取适量待测食盐，加入少量不含碘的还原剂，并加入少量稀硫酸，充分振荡，将I03-还原为I-；然后加入少量淀粉，振荡，最后加入少量氧化剂，看溶液是否变蓝。根据以上思路，还原剂选用了亚硫酸钠，氧化剂选用了双氧水。具体操作如下： 分别取约2 g待测食盐、05 g亚硫酸钠固体放入同一支试管中，然后加入约1 mL 1 molL的稀硫酸，充分振荡约1 min2 min，继续加入约05 g淀粉固体，充分

22、振荡，最后加入约1 mL 68的双氧水。观察溶液是否变蓝。 其实验现象是不含碘的食盐溶液不变蓝，含碘的食盐溶液变蓝。 经多次实验，此改进实验效果非常好。对钠分别与乙醇、苯酚反应异常现象原因的探究从理论上讲，苯酚中的羟基比乙醇中的活泼；从性质来看，苯酚呈弱酸性而乙醇呈中性。按常规推理，在相同条件下苯酚与钠的反应要比乙醇与钠的反应剧烈。基于这种考虑，有机化学基础(苏教版2004年12月第1版)教材设计了钠分别与苯酚、乙醇反应的对比实验，实验的预期现象是苯酚与钠的反应剧烈。但实验的真实结果却是乙醇与钠的反应剧烈。为什么会这样呢? 1实验步骤 取两支试管，向一支试管中加入3 mL5 mL的无水乙醇，另

23、一支试管中加入适量的苯酚(熔化后约3 mL5 mL)，将它们置于同一热水浴中加热，热水浴的温度约5060。待苯酚熔化后，同时向两支试管中分别加人黄豆粒般大小相同的金属钠。观察实验现象。 2实验现象 (1)钠放人乙醇中开始在试管底部，后慢慢上浮至液面附近，钠表面有大量气泡冒出并迅速进入空气中，钠在液面附近不停的游动，反应结束后溶液澄清，反应耗时短。 (2)钠放入苯酚中开始就在液面附近，钠表面有气泡聚集，气泡越来越多但不易进入空气中，钠在液面附近基本不游动，反应结束后有不溶性白色固体生成，反应耗时长。 3现象分析及结论 (1)钠在乙醇中产生的气泡能迅速进人空气中，有利于钠和乙醇继续反应；而钠在苯酚

24、中产生的气泡不能迅速进入空气中，阻碍了钠和苯酚的继续反应，从而反应慢。经查知，乙醇的粘度系数为117(20)，苯酚的粘度系数为325(50)。也就是说，由于苯酚的粘度大，不利于气泡的逸出，阻碍了钠和苯酚的继续反应，从而反应慢。 (2)钠在乙醇中产生的乙醇钠能溶解在乙醇中，有利于钠和乙醇继续反应；而钠在苯酚中产生的苯酚钠不能溶解在苯酚中，阻碍了钠和苯酚的继续反应，从而反应慢。这一点类似于钠、钙分别与水的反应。 对铝与氯化铜和硫酸铜反应速率不同的实验探究一、问题的提出将铝片投入浓的氯化铜溶液中，铝片表面很快出现一层海绵状暗红色物质，接下来铝片上又产生大量气泡。触摸容器壁知溶液的温度迅速上升，收集气

25、体，检验其具有可燃性。若同样的铝片投入到同浓度的硫酸铜溶液中，在短时间内无明显变化。CuCl2溶液中Cu2+的浓度与CuSO4溶液中Cu2+的浓度相同，从理论上分析两者与铝反应没有差别。然而实际上CuCl2：溶液与铝反应远远比CuSO4溶液与铝反应要剧烈的多。不仅生成氢气的速度很快而且对铜的置换速度也异常快。 笔者感到非常疑惑，为此做了几组对比实验。 二、对比实验(见表1，2，3) 三、分析结论1从表1和表2的对比实验不难发现，铝与铜盐反应时，铝表面氧化膜的多少对反应的影响较小，究其原因可能是Cu2+水解产生H+足以破坏铝的氧化膜。 2表1、2中CuCl：溶液中Cu2+的浓度与CuSO4溶液相

26、同，从理论上分析两者与铝反应没有差别。然而实验结果却发现CuCl2溶液与铝反应远远比CuSO4溶液与铝反应要剧烈的多。不仅生成氢气的速度很快而且对铜的置换速度也异常快。为此笔者提出两种猜想。 (1)SO2一对铝置换铜的反应可能存在一定的州利，rF用o (2)Cl一对铝置换铜的反应可能存在一定得催化作用。 3从表3实验1、2的实验现象可以得出“sol一对铝置换铜的反应的抑制作用并不明显”的结论。 4从表3中实验3、4、5、6由于溶液中Cl-的引入使得反应明显加快，甚至出现沸腾的现象，说明了Cl-不仅催化铝与H+的反应，也催化铝与Cu2+的置换反应。 氯气性质实验的“绿色”改进 一、氯气的溶解性

27、1实验装置(如图1所；) 2操作步骤 用250 mL医用输液瓶收；一瓶氯气，塞好橡胶塞，用：射器往瓶内注水，振荡。 3实验现象 氯气的黄绿色变淡，下方：层显淡黄绿色。 4解释与说明 此实验较好地证明了氯气能溶于水，但溶解变不大。 二、氯气与铁丝的反应 1实验装置(如图2所示) 2操作步骤 输液瓶内收集好氯气，插入如图2所示细铁丝。接通电源，待铁丝表面冒烟后立即断开电源(以防损坏电源)；反应结束后用注射器注入水，振荡。 呈实验现象 细铁丝先发红，后熔断，瓶内充满棕色的烟；注水振荡后溶液显黄色。 4解释与说明 利用铁丝在通电时发热，达到反应所需温度，使铁丝在封闭体系中燃烧，既减少污染，又能更准确说

28、明“燃烧不一定要有氧气支持”这一知识点。实验所用铁丝直径约为04 mm，绕成电阻丝状约5圈；所用电源为高中教学电源(24 V)。 三、氢气在氯气中燃烧 1实验装置(如图3所示) 2操作步骤 用启普发生器制备氢气，验纯后在玻璃弯管处点燃，连着胶塞一同伸人集气瓶中，塞好胶塞。待火焰变小或熄灭后关闭启普发生器。 3实验现象 伸人瓶内后氢气继续燃烧，火焰呈苍白色，在玻璃管口可观察到大量自雾。 4解释与说明 此实验可有效防止产生氯化氯气体的大量逸出；右侧玻璃管可兼起平衡内外压强作用，实验结束后可往此处加入酸碱指示剂检验盐酸，也可加入碱液吸收尾气。 四、氢氯爆鸣 1实验装置(如图4、5所示) 在Hz、C1

29、z的贮气装置(或发生装置)的橡胶管处，用5 mL的注射器抽取各25 mL的气体，充分混合后依靠针头固定在一胶塞上。在距针筒1 em2 cm处，用点燃的镁条或其他强光源照射。 3实验现象 发生爆炸，注射器的活塞高高弹起。 4解释与说明 此实验气体用量少，现象明显，且十分安全。 再谈NO的制取与性质实验的改进 铜与稀硝酸反应的实验是巾学化学教学的一个重要演示实验，如果按教材上的实验装置进行实验，生成的无色一氧化氮极易被试管里的空气氧化成为红棕色的二氧化氮，从而影响对一氧化氮的颜色的观察，同时，实验后装置中残留的气体无法排除，对人体会造成危害，对大气造成污染。因此许多同行对此实验进行了改进，但有的装置