铜与硝酸反应的实验装置优化

马春桐

摘 要：化学是一门研究物质的组成、结构、性质及变化规律的基础自然科学，化学实验是进行化学学习研究的重要途径，是化学的灵魂。高中化学实验几乎每章节都会涉及，但一些有毒气体的制取和性质实验一直是化学学习中非常棘手的问题。本文通过对铜与硝酸反应的实验装置进行优化改进，利用生活用品自制化学实验仪器，对反应产生的有毒气体在密封条件下进行处理，使实验更简便可行，更安全环保。

关键词：铜；盐酸；实验装置

一、铜与浓硝酸反应的优化

1.反应原理：

Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

离子反应：Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O

注意：当浓硝酸与铜反应之后溶液变稀，就不再发生这个反应了，将发生铜与稀硝酸反应，因此为了保证一直能进行铜与浓硝酸的反应就要保证反应后剩余液中的硝酸也是浓的才行。从这个角度上说，二氧化氮与硝酸的比应小于1∶2。

2.实验用品

300 ml矿泉水瓶2只、导管、橡皮塞、小气球、橡胶管、止水夹。

3.实验准备

（1）利用塑料的热塑性，将一根玻璃导管的一端在酒精灯上加热，迅速与矿泉水瓶盖连接，将导管与瓶盖组装好，为保证密封性良好，选择与瓶盖大小相同的橡皮塞连接在内瓶盖中，对瓶盖与导管的连接处用石蜡熔融后密封。用同样的方法处理另一只矿泉水瓶，在该瓶盖上再打一个孔，连接导管并绑上小气球。两只矿泉水瓶的导管用橡胶管连接。

（2）在靠近矿泉水瓶甲的瓶盖的导管上缠绕粗铜丝。

（3）在矿泉水瓶乙中加入200 ml氢氧化钠溶液。

4.实验过程及现象

用止水夹夹住橡胶管，在矿泉水瓶甲中加入10 ml浓硝酸，迅速拧紧瓶盖，缓缓倒置矿泉水瓶。可以观察到铜与浓硝酸立即反应产生红棕色的气体，气体自下而上逐渐充满矿泉水瓶甲。待气体充满甲瓶后，打开止水夹，甲瓶内溶液压入乙瓶中，乙瓶中产生蓝色沉淀，并有少量气体逸出，被收集在气球中。用手挤压乙瓶，使少量反应后的溶液进人甲瓶，甲瓶内立即形成美丽的蓝色喷泉。

5.优化的意义

（1）将铜与浓硝酸反应的实验，硝酸铜与氢氧化钠的反应、二氧化氮与氢氧化钠反应的喷泉实验巧妙地组合在一起。

（2）实验装置均为普通的矿泉水瓶，改造操作简便。将橡皮塞外再加瓶盖，密封效果更好，保证了实验在密闭条件下进行，安全环保。

（3）实验现象明显，趣味性浓厚。

（4）为保证实验效果，实验前要计算好药品的比例，在定性研究物质的同时达到了定量研究的目的。

二、铜与稀硝酸反应的优化

1.反应原理

3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

离子反应：3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O

2.实验用品

注射器两只，广口瓶，300 ml矿泉水瓶、导管、橡皮塞。

3.实验准备

（1）在注射器的针筒内事先放入少量的铜片，反应前注意将注射器针筒内的空气完全排尽。

（2）在广口瓶内盛满水。

4.实验过程及现象

拉动注射器的活塞，慢慢地吸入适量的稀硝酸，迅速与广口瓶上的导管连接，可观察到有无色气体产生，气体将广口瓶内的水压出。注射器的溶液逐渐变为蓝色。待广口瓶内的水被完全排出后，另取一支注射器，向广口瓶内注入空气，观察到瓶内的气体逐渐变为红棕色。实验结束后向广口瓶中加入氢氧化钠溶液，彻底吸收瓶内的二氧化氮气体。

5.优化的意义

（1）铜与稀硝酸反应产生的一氧化氮为无色气体，接触到空气后迅速与氧气反应生成红棕色的二氧化氮，由于课堂教学中实验一般都是用试管进行的简单操作，所以很难观察到气体由无色变为红棕色的过程，对一氧化氮的认识不够直观、缺乏说服力。通过优化能直观地观察到一氧化氮气体的产生。

（2）注射器的使用既保证了实验的密封效果，同时也使实验操作更为便捷。

总之，利用生活用品自制化学实验仪器使化学实验的形式更加灵活，同时将理论上分析、推导得出的结论通过实验进行验证，使原来枯燥的理论变得有趣生动，这对化学理论知识的教学是一种尝试和突破。

参考文献：

[1]甄延明，王平，郑守利，等.硝酸装置低压反应水冷器的腐蚀分析及防护对策[J].化肥工业，2011（2）.

[2]周東明.浅谈化学实验现象结论的分析[J].中学生数理化（学习研究），2018（9）.

编辑 郭小琴