铜和浓稀硝酸反应实验的改进

周世福　王繁

一、原实验存在的问题

人教版教材化学必修第二册中铜和硝酸反应的演示实验存在如下问题：

1.反应前装置内残留空气对稀HNO3与Cu反应生成气体产物的判断有干扰。

2.通过原实验装置不能有效验证NO、NO2的相互转化过程。

3.反应结束后装置内残余气体没有进行尾气处理，有毒气体可能污染环境。

二、改进后的实验装置

改进后的实验装置如图1所示。

三、改进实验的操作步骤

1.分别将输液袋内空气排尽，按如图1所示组装好2套实验装置，通过注射器外拉和内推后看活塞是否复原进行装置的气密性检查。

2.用注射器分别向输液袋中注入浓稀硝酸。

3.将装入Cu片的注射器向外拉，将HNO3溶液吸入注射器，反应开始，观察并记录实验现象，可同时用手背感知装置温度的变化。

4.将注射器中反应后的HNO3溶液再次推入输液袋内，反应停止。

5.实现NO2转化为NO：向Cu与浓HNO3反应后的输液袋内注入蒸馏水，振荡输液袋，使之充分反应，观察气体颜色变化。

6.实现NO转化为NO2：将注射器中的空气推入Cu与稀HNO3反应的输液袋内，观察气体颜色变化。

7.尾气处理：向以上2组实验的输液袋内分别注入6mol/L NaOH溶液，记录实验现象并分析原因。

四、实验现象

1.Cu与浓HNO3在输液袋中反应的实验现象：

（1）金属Cu逐渐溶解；（2）铜片表面产生大量气泡；（3）溶液逐渐变成绿色；（4）一段时间后输液袋逐渐鼓起且气体为红棕色；（5）用手背感触可知溶液温度升高；（6）注入蒸馏水后气体颜色逐渐变浅，溶液逐渐变成蓝色。

2.Cu与稀HNO3在输液袋中反应的实验现象：

（1）金属Cu逐渐溶解；（2）铜片表面产生大量气泡；（3）溶液逐渐变成蓝色；（4）输液袋逐渐鼓起且气体为无色；（5）通人空气后气体变成红棕色；（6）用手背感触可知溶液温度升高。

五、实验结论

1.Cu与不同浓度的HNO3反应，生成的产物与硝酸的浓度有关，一般情况下浓HN03产生NO2、稀HNO3产生NO；同时HNO3浓度越大，化学反应速率越快。

2.NO2在HNO3溶液中有一定的溶解度，在溶液中溶解量达饱和后外逸到输液袋内；且NO2的红棕色与Cu2+的蓝色叠加使溶液呈現绿色。

3.Cu与HNO3的反应溶液温度均升高，属于放热反应。

4.NO与NO2在一定条件下可以相互转化。

六、改进后实验的优点

1.反应易控：通过注射器吸出或注入HNO3溶液，控制反应的进程。

2.现象易观察：输液袋是无色透明的，便于观察溶液的颜色和气体的颜色。

3.尾气处理科学：NO2是有毒气体，向密闭的输液袋内注入NaOH溶液进行尾气处理，避免NOx直接外逸到空气中污染环境。

（收稿日期：2024-02-01）