铜与硝酸实验的新改进

柯少辉

摘 要：鉴于教材中，硝酸与铜反应无法观察到NO气体生成、NO2与水反应等实验现象，以及尾气逸散等不适合设计成实验探究活动，本实验利用一次性输液袋作反应器，改进后装置具有安全性、气密性、可控性好等特点，实验现象明顯，绿色环保，便于学生操作。

关键词：硝酸与铜反应；一次性输液袋；实验改进

鲁科版高中化学《氮的循环》课中，硝酸与铜反应实验：在两支试管中各放入一小块铜片，分别加入少量稀硝酸（4 mol/L）和浓硝酸（15 mol/L），立即用蘸有NaOH溶液的棉花封住试管口，观察试管中发生的现象。

该实验除了探究硝酸强氧化性外，由于教材没有编排NO和NO2的性质实验，还要承担NO与氧气反应以及NO2与水反应的探究。教材上实验在试管中进行，存在以下问题：首先，尾气处理简单，导致NO、NO2逃逸到空气中而污染环境，不适合设计成学生自主探究活动；其二，试管中有空气，无法观察到NO生成、NO转变成NO2、NO2与水反应的现象。笔者认为：一次成功的实验探究过程体验常常令人终身难忘，胜过教师千百次强调。使用一次性输液袋改进该实验并设计成探究活动，具有绿色环保、便于操作、现象明显等优点。

一、实验装置

一次性输液袋化学性质非常稳定，安全性、气密性、可控性均很好。切除原有密封塞，配上4号橡皮塞和注射器可以成为硝酸与铜反应装置，实验过程中通过硝酸的量控制反应。使用注射器可以抽干输液袋中空气，形成真空环境，从而观察到无色NO生成；也可以添加空气，观察到NO转变成红棕色NO2生成；还可以添加水，完成NO2与水反应；添加NaOH溶液把尾气处理在密闭容器中。

二、实验步骤

1.铜与稀硝酸反应

（1）实验操作

先取少量铜片加入输液袋（110 mL），用橡皮塞密封袋口，挤压输液袋检查是否漏气。接着用空注射器抽干输液袋中空气，形成真空环境。另取一支注射器（内装4 mol/L稀硝酸），缓缓注入输液袋，观察现象。再用空注射器注入空气，观察气体颜色变化。实验结束后把NaOH溶液注入输液袋，震荡，观察现象。

（2）实验现象

铜与稀硝酸反应可以观察到无色NO气体生成，溶液颜色由无色变为蓝色，注入空气后，NO快速与氧气反应生成红棕色气体NO2。注入NaOH溶液尾气处理后，红棕色气体消失，输液袋变扁。

2.铜与浓硝酸反应

（1）实验操作

先取少量铜片加入输液袋（110 mL），用橡皮塞密封袋口，挤压输液袋检查是否漏气。接着用空注射器抽干输液袋中空气，形成真空环境。另取一支注射器（内装15 mol/L浓硝酸），缓缓注入输液袋，观察现象。再用注射器注入水，震荡，观察气体颜色变化。再用空注射器注入空气，观察气体颜色变化。实验结束后把NaOH溶液注入输液袋，震荡，观察现象。

（2）实验现象

铜与浓硝酸反应可以观察到红棕色NO2气体生成，溶液颜色由无色变为蓝绿色，注入水，震荡后，红棕色NO2转化成无色NO。再注入空气后，NO快速与氧气反应生成红棕色NO2。最后尾气处理。

三、实验优点

教材中硝酸与铜反应实验教师只设计成演示实验，面对逃逸到空气中红棕色、刺激性气味气体，学生的好奇心、探究欲望顿时全无，躲避不及。使用一次性输液袋改进实验后，硝酸、NO、NO2这些有毒、有刺激性气味、腐蚀性强的化学物质就掌控在学生手里。

1.实验微型化

一次性输液袋价格便宜，化学试剂用量少，无色透明便于观察现象，安全无毒，可控性好，不易破碎，适合于学生在教室开展实验探究活动。

2.实验绿色化

该装置气密性好，可防止尾气逸散，尾气处理简单，适合有毒气体制备和性质实验。

3.实验创新化

一次性输液袋配注射器可以添加气体和溶液，方便反应的控制，还可以抽空创造无氧环境，满足特定实验要求。

四、实验拓展

笔者尝试用这套装置进行以下实验：

1.Fe（OH）2的制备

鲁科版高中化学介绍了Fe（OH）2容易被氧化，最后变成红褐色，生成Fe（OH）3。使用试管实验很难观察到白色Fe（OH）2沉淀生成，使用输液袋和注射器可以清晰观察到白色Fe（OH）2沉淀生成，以及沉淀被氧化的现象。

首先，把铁粉加入到输液袋一端，并在输液袋中间别上大回形针（把输液袋分为两部分）。然后，往铁粉一端注入1 mol/L稀盐酸，观察到无色气体生成（H2排出驱赶输液袋中空气），同时制得新制FeCl2溶液，挤压输液袋排净气体后，用橡皮塞密封袋口，并用注射器抽成真空。倾斜输液袋，把上层新制FeCl2溶液转移到输液袋另一端，注射器加入稀NaOH溶液（4 mol/L），可以观察到白色Fe（OH）2沉淀生成。最后，打开橡皮塞，随着空气进入，白色沉淀会慢慢变成灰绿，第二天观察沉淀变成红褐色。

2.氯气实验

鲁科版高中化学设置氯气物理性质和化学性质的探究，氯气是有毒气体，容易逃逸到空气中污染环境。使用输液袋和注射器可以设计成学生探究实验。

首先，把KClO3加入输液袋，注射器抽干空气后，注入少量浓盐酸，输液袋可以观察黄绿色气体生成。接着，准备4支注射器，一支内置干燥红纸条，一支内置湿润红纸条，注射器吸满氯气观察纸条颜色变化，另外两只吸满氯气后，一支插入水中，液面上升，溶液为浅黄绿色，另一支插入NaOH溶液，液面上升较高，溶液无色。

参考文献：

[1]谭文生.铜与浓、稀硝酸反应实验的绿色化设计[J].化学教学，2012（11）：45.

[2]杨基松.几个创新设计和改进实验介绍[J].化学教学，2007（5）：10-12.