铜和稀硝酸反应的多功能试验创新设计

1、铜和稀硝酸反应的多功能实验创新设计李叶李玉炫（福建省厦门第一中学福建厦门361003）摘要:铜与硝酸反应的实验装置常规设计操作存在的不完美之处，历来成为实验教学不断探究完善和推陈出新的着眼点与亮点。本文对该实验装置在设计上进行了创新改进，在使该实验具备环保性和连续性以及实验现象明显的同时，可方便的进行一氧化氮、二氧化氮性质实验以及喷泉实验，也可用于多种物质性质实验的研究。关键词：铜硝酸实验创新多功能高中化学必修I三种教材（鲁教、苏教、人教）中，都各不相同的介绍了铜与硝酸的反应。其中前两者设计了具体的实验来验证硝酸的氧化性：鲁教版实验位于教材第80页，做法是分别在两支试管中各加入一小块铜片，再分

2、别加入少量稀、浓硝酸，最后把蘸有氢氧化钠的棉花塞在试管口处用以吸收反应后的气体。实际在课堂演示实验中，操作动作再快，也能闻到逸散出的NO气味；苏教版实验位于教材101页，对装置进行了建设性改进，用试管组装分液漏斗作为反应容器，再将产生的气体用通入水中来完成性质实验。与鲁教版比一开始不会逸散出气体，也能防止尾气污染，但未排尽装置内的空气，仍影响对NO的观察。现行的人教版教科书中，没有设计该实验。虽然取消了实验方案，但并不意味着削弱了实验教学，反而给予施教者和学生更多创新思维施展的空间。从学情上分析，学生在初中阶段接触的是以盐酸和硫酸为代表的酸的通性，也只是粗略地知道硝酸，对硝酸的物理和化学性质尤

3、其氧化性缺乏更直观的认识。铜与硝酸反应实验方案的创新设计，历来成为实验教学不断探究完善和推陈出新的亮点，改进装置使其朝着更具环保性、连续性的方向发展也顺理成章地成为实验教学的着眼点。为了达到实验装置简单、实验现象直观明显、操作简便，有利于培养学生绿色化学理念和创新科学思维。笔者结合实际对该实验进行了全方位多角度的突破性改进。1实验仪器和用品：1.1 实验仪器:铁架台（带铁夹），250mL烧杯2个，碱式滴定管1支，硬质玻璃管1支,大试管1支，输液管，一次性医用注射器（50mL）1支，止水夹2个，1.2 实验药品：螺旋状铜丝一根，稀硝酸（浓硝酸与水体积配比1:1.7配制约5mol/L）,浓硝酸，氢

4、氧化钠溶液，金属钠，酚酗:试液，浓氨水，烧碱，输液管若干，尖嘴导管1个，乳胶管2段，Y型玻璃管1个，单孔塞2个，双孔塞1个,2实验原理及装置：2.1 实验原理：3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NOT+4H2O2NO+O2=2NO23NO2+H2O=NO+2HNO3NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO2+H2O2.2 实验装置:3实验步骤和现象以及结论：3.1 调试并赶尽装置内的空气打开医用开关K1和止水夹T1,向碱式滴定管中装入蒸储水，当液面与硬质玻璃管底端平齐时，关闭止水夹以及所有医用开关。给大试管中装满水，打开K1、K2,

5、大试管中的水顺着输液管进入硬质玻璃管中，当液面没过K1时，同时关闭K1、K2。打开K3和止水夹T1,将玻璃管中的水缓缓排入1号烧杯中，当液面下降至硬质玻璃管底端时，立即关闭K3。此时，整个装置处于无氧状态。备注：此碱式滴定管可以充当量气管。3.2 铜与稀硝酸在无氧条件下制取NO向大试管中加入配好的稀硝酸溶液，固定好大试管。打开K1、K2,当稀硝酸充满硬质玻璃管的时候，关闭K1。反应开始无明显现象，十多秒后观察到铜丝表面有小气泡出现时，打开K3（或者打开丫型管下端止水夹T2）。可以观察到硬质玻璃管内液面上方有无色气体生成，同时溶液逐渐变成蓝色，用手触摸玻璃管外壁微烫。备注：可以通过提拉铜丝使得反

6、应即停即开。备注：可以接着进行量气操作。3.3 NO的转化实验打开K1,空气进入，可以观察无色气体慢慢变红棕色，随后关闭K1。3.4 尾气吸收打开K1,用50mL医用注射器通过K1处输液管口向硬质玻璃管内注入空气，使得硬质玻璃管中的物质进入盛有氢氧化钠溶液的2号烧杯中反应吸收。4实验的多动能创新4.1 测量制取气体的体积在上述实验第（2）步操作中，当观察到铜丝表面有气泡出现时，打开止水夹T1,通过提拉铜丝使其与硝酸充分接触进行反应，此时碱式滴定管中液面上升。反应结束后回复至室温，调整碱式滴定管的液面高度与硬质玻璃管内液面平齐，再读出碱式滴定管中液面所在位置刻度数，前后两次数据的差值就是产生气体

7、的体积。4.2 喷泉实验当改用浓硝酸做实验时，在实验操作步骤（2）中，随着反应的进行，铜丝要缓慢的伸入到硬质玻璃管底部，使其与浓硝酸充分接触反应。当硬质玻璃管中充满红棕色气体时，立即关闭医用开关K1、K3,然后打开止水夹T1,水（或者换氢氧化钠溶液现象更明显）进入硬质玻璃管中，即可观察到喷泉实验。备注：喷泉实验也可以直接在步骤（3）之操作，需要将玻璃管中的气体充分氧化，再将乳胶管中的水挤入其中，现象会更明显。4.3钠与水反应以及氢气爆鸣实验如实验操彳步骤（1）中所述，液面逐渐上升至没过开关K1时，关闭K2。拔掉硬质玻璃管上端塞子，抽离掉铜丝，改由一端戳有金属钠的同等直径的细铁丝穿过该单孔塞，再

8、向玻璃管内水中滴入几滴酚配试液，最后将用单孔塞塞紧硬质玻璃管上端。打开K1、K2使得液面继续上升，当水完全接触金属钠以后，马上关闭K1,提升细铁丝，金属钠掉落水中。打开止水夹T1,碱式滴定管中液面上升，调整两侧液面高度可以测量产生氢气的体积。若再次打开K1,在单孔塞上端输液管出口处可以做氢气的爆鸣实验。4.4简易制取氨气以及喷泉实验关闭所有开关，向大试管中装入浓氨水，硬质玻璃管中装入一端封闭的盛有烧碱的塑料管。打开K1、K2,在硬质玻璃管上端医用输液管出口处将氨气收集到干燥的烧瓶中。然后拔下硬质玻璃管下端双孔塞，塞在倒立的烧瓶上，打开止水夹T2,挤压左侧乳胶管内滴有酚酗:试液的水，可以进行喷泉

9、实验。5实验反思和总结该实验装置原理简单，拓展了常规仪器的用途，最大的优点是使得所进行的任意实验均可重复操作且功能多样。实验装置位置较高，便于课堂上边做实验边进行讨论，师生共同参与其中，更符合现代教学要求，课堂互动良好。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，体现了绿色化学思想。化学实验的过程离不开思维，实验能力理应包含实验中的思维，而不仅仅是动手操作。要重视通过创新实验提高学生思维的敏捷性、灵活性、深刻性、独创性和批判性，培养学生的创新精神和实践能力。所以该实验美中不足，需要继续完善的是，打破传统思维，取缔尾气吸收一直用碱液的传统模式；实验中的开关设置需更简化，节约操作上多个开关造成的繁琐程序，下一步可