銅與稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)(共7頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上2012年度北京市教育科學(xué)研究參評(píng)論文（第一頁）類 別： E 編 號(hào)： 題 目：銅與稀硝酸反應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)內(nèi)容提要:銅與稀硝酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置的探討及改進(jìn)。從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、藥品用量、對(duì)環(huán)境的污染等方面評(píng)價(jià)現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)方案以及如何進(jìn)行改進(jìn)。主 題 詞：銅與稀硝酸反應(yīng) 實(shí)驗(yàn)裝置 探討及改進(jìn)。 銅與稀硝酸反應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)一、問題的提出銅與稀硝酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)一直是中學(xué)化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)中比較難做的實(shí)驗(yàn)之一。傳統(tǒng)教科書中銅與稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是這樣設(shè)計(jì)的：“在一支試管里放入一小塊銅片，再加入少量稀硝酸，立刻用帶導(dǎo)管的膠塞塞住試管口，并將導(dǎo)管通入另一盛有NaOH溶液的試管（如圖

2、），觀察發(fā)生的現(xiàn)象。反應(yīng)片刻后，將試管上的膠塞取下，使空氣進(jìn)入試管，觀察發(fā)生的現(xiàn)象”。對(duì)該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述為：“有氣泡產(chǎn)生，氣體無色，當(dāng)空氣進(jìn)入試管后，氣體變成紅棕色”。從而得出反應(yīng)生成的氣體為NO的結(jié)論。通過分析和實(shí)驗(yàn)我們不難發(fā)現(xiàn)：該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案裝置簡單、操作方便，但 “氣體無色，當(dāng)空氣進(jìn)入試管后，氣體變成紅棕色”這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很難觀察得到，也就不能得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。其原因在于：試管上部事先已有空氣存在，即便有NO無色氣體生成，也立即與O2發(fā)生反應(yīng)生成了紅棕色的NO2氣體。此外，該實(shí)驗(yàn)方案無法控制反應(yīng)的停止，一旦銅片和稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的NO過多，不但浪費(fèi)藥品，還會(huì)向空氣中逸散，污

3、染環(huán)境；同時(shí)，反應(yīng)片刻后，將試管上的膠塞取下，使空氣進(jìn)入試管，觀察發(fā)生的現(xiàn)象，這一實(shí)驗(yàn)操作過程中會(huì)有有毒的NO、NO2氣體逸出，污染環(huán)境。圖2-2-2蘇教版教科書中，對(duì)銅與稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是這樣設(shè)計(jì)的：實(shí)驗(yàn)1：如圖所示，將銅片置于試管的底部，通過分液漏斗加入2mL的濃硝酸，用排水集氣法收集產(chǎn)生的氣體，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)2：在上述裝置中，從分液漏斗向試管內(nèi)加5mLH2O稀釋HNO3，繼續(xù)收集產(chǎn)生的氣體，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這種實(shí)驗(yàn)方案將Cu與濃、稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，通過連續(xù)實(shí)驗(yàn)操作，在同一實(shí)驗(yàn)裝置中完成兩個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)1是Cu與濃硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，不僅效果好，而且功能多，可同時(shí)完成NO2氣體溶

4、于水并與水反應(yīng)生成無色的NO氣體等性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。而實(shí)驗(yàn)2則是Cu與稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不僅節(jié)約藥品、節(jié)省時(shí)間，而且還可以用Cu與濃HNO3反應(yīng)生成的NO2氣體排盡反應(yīng)裝置中的空氣（O2），為后面Cu與稀HNO3的反應(yīng)創(chuàng)造了無氧的環(huán)境，以防Cu與稀HNO3反應(yīng)生成的NO氣體與O2反應(yīng)。但是，通過實(shí)驗(yàn)證明，Cu與稀HNO3反應(yīng)很長時(shí)間后也不能看到試管內(nèi)氣體顏色由紅棕色變?yōu)闊o色，主要原因是由于NO氣體的密度比NO2氣體的密度小，很難將試管內(nèi)的NO2氣體向上排出。因此，不足以證明Cu與加H2O稀釋后的硝酸（稀硝酸）反應(yīng)生成了NO。那么設(shè)計(jì)怎樣的實(shí)驗(yàn)方案，才能證明銅與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的是NO氣體呢？二、

5、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則：科學(xué)性原則：實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作程序和方法、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論都正確。安全性原則：防止造成環(huán)境污染和人身傷害?？尚行栽瓌t：現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下能夠得到滿足。簡約性原則：裝置簡單、操作方便，步驟少、藥品省、時(shí)間短。根據(jù)上述原則，設(shè)計(jì)銅與稀硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方案，首先要使反應(yīng)在無氧的環(huán)境中發(fā)生，以防止反應(yīng)生成的NO與O2反應(yīng)；待充分觀察到有無色氣體生成后，再使空氣進(jìn)入，使得反應(yīng)生成的NO與O2發(fā)生反應(yīng)，以便于觀察到氣體由無色變成紅棕色這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的變化過程；同時(shí)還要注意考慮對(duì)NO2、NO的吸收處理，以防污染。因此，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)首要的、關(guān)鍵的問題是如何排除反應(yīng)發(fā)生裝置中的

6、空氣。設(shè)想一：可以使用稀硝酸本身排除反應(yīng)發(fā)生裝置中的空氣，讓稀硝酸充滿反應(yīng)發(fā)生裝置，但由于反應(yīng)生成的NO氣體又會(huì)排出稀硝酸，則要給排出的稀硝酸設(shè)計(jì)出路。設(shè)想二:可以使用物理機(jī)械的方法將反應(yīng)發(fā)生裝置中的空氣抽出或擠出。設(shè)想三:可以使用CO2等不與NO反應(yīng)且無色的氣體將反應(yīng)發(fā)生裝置中的空氣排出來。按照設(shè)想一設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案方案1：1.將分液漏斗活塞打開，從U型管的長管口注入稀硝酸，一直注到分液漏斗的活塞處為止，關(guān)閉活塞。此時(shí)可看到有無色氣體生成(如反應(yīng)不明顯可稍加熱)。當(dāng)產(chǎn)生的NO氣體將稀硝酸排入長管內(nèi)，使銅絲與稀硝酸脫離后反應(yīng)會(huì)自動(dòng)停止，在U型管的短管內(nèi)可觀察到無色的氣體，溶液變藍(lán)。長頸漏斗接注射

7、器稀HNO3Cu片2將活塞慢慢打開，U型管長管中的稀硝酸又回落到短管內(nèi)，分液漏斗中有紅棕色的氣體生成。方案2：1.在試管中先加入銅片，再裝滿稀HNO3，用帶有長頸漏斗和導(dǎo)管（帶有活塞或止水夾）的橡膠塞塞住試管口，使Cu與稀HNO3在隔絕空氣的條件下反應(yīng)；可清晰的觀察到有無色的氣體產(chǎn)生，溶液變藍(lán)。2待試管中產(chǎn)生適量的無色氣體后，從導(dǎo)管口接一注射器，打開活塞或止水夾，慢慢地注入少量的空氣，可觀察到無色的氣體變成了紅棕色。橡膠塞稀硝酸銅片按照設(shè)想二設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案：1在注射器的針筒內(nèi)事先放入少量的銅片，反應(yīng)前利用注射器的活塞排盡針筒內(nèi)的空氣；再慢慢地吸入適量的稀HNO3，用橡膠塞封住針筒，可觀察到有無

8、色氣體產(chǎn)生，溶液變藍(lán)。2拔去橡膠塞，向外拉動(dòng)活塞吸入足量的空氣，這時(shí)可觀察到無色的氣體變成了紅棕色。3反應(yīng)完成后，把注射器里的氣體和液體全部壓入足量的氫氧化鈉溶液中。可上下移動(dòng)的銅絲 稀硝酸氫氧化鈉溶液按照設(shè)想三設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案：1先向試管內(nèi)加入一定量的碳酸鈉或碳酸鈣固體，再向試管中加入過量的稀硝酸，并塞上帶有銅絲和導(dǎo)氣管的橡膠塞。2待碳酸鈉或碳酸鈣固體反應(yīng)完全后，將導(dǎo)氣管插入到接近試管內(nèi)稀硝酸液面處（有利于在收集NO的同時(shí)排除CO2氣體），再將銅絲插入到稀硝酸中，此時(shí)可看到銅與稀硝酸反應(yīng)產(chǎn)生無色氣體(如反應(yīng)不明顯，可稍加熱)，溶液變藍(lán)。三、反思與評(píng)價(jià)通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，以上各實(shí)驗(yàn)方案均可觀察到：Cu與稀HNO3反應(yīng)產(chǎn)生無色氣體；當(dāng)空氣進(jìn)入后，無色氣體變成紅棕色的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；從而得出反應(yīng)生成的氣體為NO的結(jié)論。通過實(shí)際操作，得出部分實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的還不夠完善，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1個(gè)別實(shí)驗(yàn)方案不能有效控