銅和稀硝酸反應(yīng)的多功能試驗創(chuàng)新設(shè)計

1、銅和稀硝酸反應(yīng)的多功能實驗創(chuàng)新設(shè)計李葉李玉炫（福建省廈門第一中學(xué)福建廈門361003）摘要:銅與硝酸反應(yīng)的實驗裝置常規(guī)設(shè)計操作存在的不完美之處，歷來成為實驗教學(xué)不斷探究完善和推陳出新的著眼點與亮點。本文對該實驗裝置在設(shè)計上進(jìn)行了創(chuàng)新改進(jìn)，在使該實驗具備環(huán)保性和連續(xù)性以及實驗現(xiàn)象明顯的同時，可方便的進(jìn)行一氧化氮、二氧化氮性質(zhì)實驗以及噴泉實驗，也可用于多種物質(zhì)性質(zhì)實驗的研究。關(guān)鍵詞：銅硝酸實驗創(chuàng)新多功能高中化學(xué)必修I三種教材（魯教、蘇教、人教）中，都各不相同的介紹了銅與硝酸的反應(yīng)。其中前兩者設(shè)計了具體的實驗來驗證硝酸的氧化性：魯教版實驗位于教材第80頁，做法是分別在兩支試管中各加入一小塊銅片，再分

2、別加入少量稀、濃硝酸，最后把蘸有氫氧化鈉的棉花塞在試管口處用以吸收反應(yīng)后的氣體。實際在課堂演示實驗中，操作動作再快，也能聞到逸散出的NO氣味；蘇教版實驗位于教材101頁，對裝置進(jìn)行了建設(shè)性改進(jìn)，用試管組裝分液漏斗作為反應(yīng)容器，再將產(chǎn)生的氣體用通入水中來完成性質(zhì)實驗。與魯教版比一開始不會逸散出氣體，也能防止尾氣污染，但未排盡裝置內(nèi)的空氣，仍影響對NO的觀察?，F(xiàn)行的人教版教科書中，沒有設(shè)計該實驗。雖然取消了實驗方案，但并不意味著削弱了實驗教學(xué)，反而給予施教者和學(xué)生更多創(chuàng)新思維施展的空間。從學(xué)情上分析，學(xué)生在初中階段接觸的是以鹽酸和硫酸為代表的酸的通性，也只是粗略地知道硝酸，對硝酸的物理和化學(xué)性質(zhì)尤

3、其氧化性缺乏更直觀的認(rèn)識。銅與硝酸反應(yīng)實驗方案的創(chuàng)新設(shè)計，歷來成為實驗教學(xué)不斷探究完善和推陳出新的亮點，改進(jìn)裝置使其朝著更具環(huán)保性、連續(xù)性的方向發(fā)展也順理成章地成為實驗教學(xué)的著眼點。為了達(dá)到實驗裝置簡單、實驗現(xiàn)象直觀明顯、操作簡便，有利于培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)理念和創(chuàng)新科學(xué)思維。筆者結(jié)合實際對該實驗進(jìn)行了全方位多角度的突破性改進(jìn)。1實驗儀器和用品：1.1 實驗儀器:鐵架臺（帶鐵夾），250mL燒杯2個，堿式滴定管1支，硬質(zhì)玻璃管1支,大試管1支，輸液管，一次性醫(yī)用注射器（50mL）1支，止水夾2個，1.2 實驗藥品：螺旋狀銅絲一根，稀硝酸（濃硝酸與水體積配比1:1.7配制約5mol/L）,濃硝酸，氫

4、氧化鈉溶液，金屬鈉，酚酗:試液，濃氨水，燒堿，輸液管若干，尖嘴導(dǎo)管1個，乳膠管2段，Y型玻璃管1個，單孔塞2個，雙孔塞1個,2實驗原理及裝置：2.1 實驗原理：3Cu+8HNO3（?。?3Cu（NO3）2+2NOT+4H2O2NO+O2=2NO23NO2+H2O=NO+2HNO3NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO2+H2O2.2 實驗裝置:3實驗步驟和現(xiàn)象以及結(jié)論：3.1 調(diào)試并趕盡裝置內(nèi)的空氣打開醫(yī)用開關(guān)K1和止水夾T1,向堿式滴定管中裝入蒸儲水，當(dāng)液面與硬質(zhì)玻璃管底端平齊時，關(guān)閉止水夾以及所有醫(yī)用開關(guān)。給大試管中裝滿水，打開K1、K2,

5、大試管中的水順著輸液管進(jìn)入硬質(zhì)玻璃管中，當(dāng)液面沒過K1時，同時關(guān)閉K1、K2。打開K3和止水夾T1,將玻璃管中的水緩緩排入1號燒杯中，當(dāng)液面下降至硬質(zhì)玻璃管底端時，立即關(guān)閉K3。此時，整個裝置處于無氧狀態(tài)。備注：此堿式滴定管可以充當(dāng)量氣管。3.2 銅與稀硝酸在無氧條件下制取NO向大試管中加入配好的稀硝酸溶液，固定好大試管。打開K1、K2,當(dāng)稀硝酸充滿硬質(zhì)玻璃管的時候，關(guān)閉K1。反應(yīng)開始無明顯現(xiàn)象，十多秒后觀察到銅絲表面有小氣泡出現(xiàn)時，打開K3（或者打開丫型管下端止水夾T2）。可以觀察到硬質(zhì)玻璃管內(nèi)液面上方有無色氣體生成，同時溶液逐漸變成藍(lán)色，用手觸摸玻璃管外壁微燙。備注：可以通過提拉銅絲使得反

6、應(yīng)即停即開。備注：可以接著進(jìn)行量氣操作。3.3 NO的轉(zhuǎn)化實驗打開K1,空氣進(jìn)入，可以觀察無色氣體慢慢變紅棕色，隨后關(guān)閉K1。3.4 尾氣吸收打開K1,用50mL醫(yī)用注射器通過K1處輸液管口向硬質(zhì)玻璃管內(nèi)注入空氣，使得硬質(zhì)玻璃管中的物質(zhì)進(jìn)入盛有氫氧化鈉溶液的2號燒杯中反應(yīng)吸收。4實驗的多動能創(chuàng)新4.1 測量制取氣體的體積在上述實驗第（2）步操作中，當(dāng)觀察到銅絲表面有氣泡出現(xiàn)時，打開止水夾T1,通過提拉銅絲使其與硝酸充分接觸進(jìn)行反應(yīng)，此時堿式滴定管中液面上升。反應(yīng)結(jié)束后回復(fù)至室溫，調(diào)整堿式滴定管的液面高度與硬質(zhì)玻璃管內(nèi)液面平齊，再讀出堿式滴定管中液面所在位置刻度數(shù)，前后兩次數(shù)據(jù)的差值就是產(chǎn)生氣體

7、的體積。4.2 噴泉實驗當(dāng)改用濃硝酸做實驗時，在實驗操作步驟（2）中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，銅絲要緩慢的伸入到硬質(zhì)玻璃管底部，使其與濃硝酸充分接觸反應(yīng)。當(dāng)硬質(zhì)玻璃管中充滿紅棕色氣體時，立即關(guān)閉醫(yī)用開關(guān)K1、K3,然后打開止水夾T1,水（或者換氫氧化鈉溶液現(xiàn)象更明顯）進(jìn)入硬質(zhì)玻璃管中，即可觀察到噴泉實驗。備注：噴泉實驗也可以直接在步驟（3）之操作，需要將玻璃管中的氣體充分氧化，再將乳膠管中的水?dāng)D入其中，現(xiàn)象會更明顯。4.3鈉與水反應(yīng)以及氫氣爆鳴實驗如實驗操彳步驟（1）中所述，液面逐漸上升至沒過開關(guān)K1時，關(guān)閉K2。拔掉硬質(zhì)玻璃管上端塞子，抽離掉銅絲，改由一端戳有金屬鈉的同等直徑的細(xì)鐵絲穿過該單孔塞，再

8、向玻璃管內(nèi)水中滴入幾滴酚配試液，最后將用單孔塞塞緊硬質(zhì)玻璃管上端。打開K1、K2使得液面繼續(xù)上升，當(dāng)水完全接觸金屬鈉以后，馬上關(guān)閉K1,提升細(xì)鐵絲，金屬鈉掉落水中。打開止水夾T1,堿式滴定管中液面上升，調(diào)整兩側(cè)液面高度可以測量產(chǎn)生氫氣的體積。若再次打開K1,在單孔塞上端輸液管出口處可以做氫氣的爆鳴實驗。4.4簡易制取氨氣以及噴泉實驗關(guān)閉所有開關(guān)，向大試管中裝入濃氨水，硬質(zhì)玻璃管中裝入一端封閉的盛有燒堿的塑料管。打開K1、K2,在硬質(zhì)玻璃管上端醫(yī)用輸液管出口處將氨氣收集到干燥的燒瓶中。然后拔下硬質(zhì)玻璃管下端雙孔塞，塞在倒立的燒瓶上，打開止水夾T2,擠壓左側(cè)乳膠管內(nèi)滴有酚酗:試液的水，可以進(jìn)行噴泉

9、實驗。5實驗反思和總結(jié)該實驗裝置原理簡單，拓展了常規(guī)儀器的用途，最大的優(yōu)點是使得所進(jìn)行的任意實驗均可重復(fù)操作且功能多樣。實驗裝置位置較高，便于課堂上邊做實驗邊進(jìn)行討論，師生共同參與其中，更符合現(xiàn)代教學(xué)要求，課堂互動良好。所有產(chǎn)生氣體的實驗全部在密閉容器中進(jìn)行，避免了對大氣的污染，體現(xiàn)了綠色化學(xué)思想。化學(xué)實驗的過程離不開思維，實驗?zāi)芰響?yīng)包含實驗中的思維，而不僅僅是動手操作。要重視通過創(chuàng)新實驗提高學(xué)生思維的敏捷性、靈活性、深刻性、獨創(chuàng)性和批判性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。所以該實驗美中不足，需要繼續(xù)完善的是，打破傳統(tǒng)思維，取締尾氣吸收一直用堿液的傳統(tǒng)模式；實驗中的開關(guān)設(shè)置需更簡化，節(jié)約操作上多個開關(guān)造成的繁瑣程序，下一步可