利用“Y试管”改进炭与浓硝酸的反应

贾同全

在现行各版本教材（新鲁科版、新苏教版、新人教版）中，都有关于炭与浓硝酸反应的相关知识，但在不同的版本中对该实验却都未有涉及。在新鲁科版教材中只是提出了：浓硝酸在加热条件下，还能与炭单质等非金属单质发生氧化还原反应：

C+4HNO3（浓）△4NO2↑+CO2↑+2H2O

也未给出实验及操作。

一、原理与分析

碳是一种重要的非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族，电子构型为[He]2s22p2，处于得电子和失电子的中间位置。在常温下，炭的性质相对比较稳定，但在一定条件下可与一些非液态氧化剂容易反应，而与液态氧化剂的反应却要求较高。

在炭与浓硝酸的反应中，需将炭在酒精灯上加热至红热后投入到加热至沸腾的浓硝酸中，为二者的反应创造条件。该操作中，有两处加热，一是固体炭的加热，一是液体浓硝酸的加热，操作相对复杂。加热过程中部分浓硝酸会分解，造成大气污染。

反应后，产生红棕色的NO2会污染大气， 产物CO2的检验是本实验成功成功所在。

二、仪器与改装

图1取1支10 mL Y试管，将其一侧在酒精喷灯加热至红热后，用玻璃棒点压出1个凹口部分，注意不要将其点破，用以固定加热固体炭。

如图1所示，用一长镊子取1.0 g炭固体置于加工后的Y试管A处，并固定于铁架台上。再用长胶头滴管将3.0 mL 8 mol·L-1的浓硝酸加于Y试管B处。最后将带有长玻璃导管的双孔橡胶塞塞紧管口，长玻璃导管的末端伸入到盛有0.2 mol·L-1氢氧化钡浓溶液15 mL的试管中。

三、实验与操作

同时点燃A、B处酒精灯，待A处炭固体红热、B处浓硝酸沸腾后，撤去酒精灯。轻轻倾斜Y试管（可通过倾斜铁架台来实现），使A处红热的炭滑入沸腾的浓硝酸中。可看到，红热的炭在浓硝酸中燃烧，Y试管中产生大量红棕色气体。同时盛有氢氧化钡浓溶液的试管中产生白色沉淀，证明有CO2产生，说明炭固体被浓硝酸氧化为CO2。此时发生的反应为

CO2+Ba2++2OH-BaCO3↓+H2O

实验结束后，打开胶管处止水夹，用洗耳球将装置中残留的气体排入小试管中被氢氧化钡溶液吸收。

四、改进后的优点

1.节约试剂

该实验中采用1.0 g炭固体及3.0 mL的浓硝酸即可达到实验目的，且实验现象明显，做到了实验用品的微量化。

2.固、液加热一体化

本实验将炭固体的加热及浓硝酸的加热在一套密闭装置中进行，将二者的反应有机融合在一起，做到了实验的简约化，且能够防止浓硝酸受热分解产生的NO2对大气的污染。实验结束后注意了残留尾气的吸收，体现绿色化学的理念。

3.产物验证、尾气吸收一体化

实验中，利用过量氢氧化钡溶液取代传统的澄清石灰水吸收生成的NO2和CO2，既有利于NO2的充分吸收，又能使CO2的检验效果更加明显，真是一箭双雕。

由此可见，对中学化学中的一些重要反应，我们要敢于打破传统观念，利用现有资源创造性地开展实验教学，发挥化学实验在学科中的主导作用，体现学科主导思想和功能，更好地为化学教学服务。

（收稿日期：2015-11-15）