铜与稀硝酸反应生成一氧化氮气体实验的改进

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1、铜与稀硝酸反应生成一氧化氮气体实验的改进铜与稀硝酸反应生成一氧化氮气体实验的改进一、问题的提出铜与稀硝酸发生反应的反应方程式为：3CU+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO+4H2O从理论上讲，实验现象应为生成无色气体NO,在试管口遇到空气后变为红棕色气体NO2。但传统的铜与稀硝酸反应实验直接在试管中进行，这样的实验方法存在以下几点不足：验操作中气体往往在液面上就变色，即使可用排水法收集到无色的NO,也无说服力，因为NO气体有可能由NO2与H2O反应生成的；生成的一氧化氮气体的无色不易观察；无色气体变为棕色的界限不清；生成的气体会外逸对环境有污染。这样实验现象与理论不能吻合，给教学带来

2、负面影响，因此必须对这一实验进行必要的研究、改进。二、研究目的与要求1、针对传统实验的不足，改进后的实验必须达到以下要求：节约药品、操作简便、现象明显、没有污染。2、通过对“稀硝酸氧化性实验的改进”这一研究，提高创新意识和动手解决实际问题的能力。三、改进方案1、实验用品（见附图的1）仪器：注射器、烧杯、量筒药品:铜片、浓硝酸2、实验装置一注射器X止水夹3、实验步骤及现象（1）先取下注射器活塞，在注射器内放入适量铜片（不能太多！防止反应一直进行），塞上活塞；（2）吸入一定量的水，赶走注射器内的气泡，对铜片进行液封（见附图血2）,防止实验前有空气存在把反应生成的NO氧化成NO2；（4）把已稀释到浓

3、度接近3.5mol/L的稀硝酸加热，把注射器的吸头浸没在溶液中，在不带入空气的前提下把尽可能多的水从注射器内排除后，再吸入适量的稀硝酸，反应即开始，生成的气体被富集在筒内；（5）当气体充满注射器1/3容量时，此时留在注射器内的热的硝酸已不多，马上吸入适量的冷的硝酸，让反应速度减慢；（6）让学生观察气体为无色后，拉动活塞吸入空气后，无色气体即变为棕色气体，振荡注射器，棕色气体又变为无色气体（NO2与稀硝酸中的水反应有生成了NO）,若再吸入空气，无色又变成棕色。若采用投影仪放大强化，效果则更佳。四、实验记录：在实验中，我们探究了不同浓度白硝酸的反应速率是不同的，4.5mol/L的硝酸的浓度太大，反

4、应速率过快，难以观察到详细的实验过程，不好控制操作；3.5mol/L的硝酸速度适中，反应不耗时，现象亦明显；2mol/L硝酸的反应则最适宜仔细观察实验现象，反应比较慢，可以看到气体的富集过程，操作容易，便于记录。实验中，我们看到，当热的硝酸进入注射器后，反应马上开始进行了（见附图fig3）,在铜片上有无色的气泡冒出，溶液逐渐变蓝（见附图fig4）,富集的气体把液体从注射器压出，此时要保证注射器活塞不向上移动，否则很容易吸入空气；补加了冷的硝酸以后，反应速率明显减缓”（见附加图fig5）:抽提活塞后，可以看到注射器内的气体在逐渐变成棕红色（见附图fig6）,棕红色先是加深，NO浓度增大（见附图f

5、ig7）;当增大到最大之后，棕红色很快就褪去（见附图fig8）,直到注射器内的气体变为无色的NO（见附图fig9）。最后我们把注射器内的气体压进NaOH液中，进行尾气处理（见附图fig10）。实验时，我们选用的注射器容量比较小，很快便收集好1/3体积的NO气体，而且吸入空气后变色程度不是十分明显，褪色速度也很快，不易观察。所以，在课堂演示实验的时候一定要找打容量的注射器。五、总结与评价1、实验评价：该改进装置密封，气体不能外逸；生成的气体应能够富集，便于学生观察NO为无色气体；一氧化氮的生成与一氧化氮的转化（即生成二氧化氮）分阶段进行。2、实验总结：本实验是针对传统稀硝酸氧化性实验中不易观察现

6、象、NO气体污染环境的不足，通过对实验装置的改进，简单且容易操作，便于学生观察和对反应过程的理解，而且生成的气体不会会外逸对环境产生污染。达到了改进实验研究的目的，提高创新意识和动手解决实际问题的能力。同时，我认为这也为自己以后在教学发现问题、进行实验的创新提供了宝贵的经验，有利于培养学生的动手能力和创新意识。附件:实验附图Fig4:Fig7：Fig8:Fig9:Fig10:二、备选方案备用方案一：1、实验用品仪器：分液漏斗、铁架台、两边长度不一的U形管。药品:铜丝、稀硫酸2、实验装置分液漏斗活寒铜丝圈稀硝酸图1实验装置匡IWZ/rtI二3、实验步骤及现象(1)按图1所示连接好仪器。(2)取下

7、带有分液漏斗的胶塞，将绕成螺旋状的铜丝一端插入塞内。(注：铜丝应插紧，否则会掉入U形管，使实验失败)。(3)将活塞打开，从U形管较长的管口注入稀硝酸，直到碰到塞子的下沿，且液面上不再留有气泡为止，保证铜丝与稀硝酸接触时无空气。(4)关闭活塞，可以用酒精灯在U形管的短管一侧加热，当铜丝上有气泡产生时立即撤灯。铜丝与稀硝酸反应生成的气体将稀硝酸排向长管，使铜丝与稀硝酸脱离接触后，反应自行停止，管内有无色气体生成。(5)将活塞慢慢打开，U形管的长管中的稀硝酸又回落到短管内，分液漏斗有红棕色气体出现。4、评价稀硝酸反应在缺氧条件下进行，可以长时间观察到无色NO气体：验证了NO和02反应生成N02气体及

8、NO难溶于水的性质；该实验器材简单、操作方便、现象明显，可以重复使用(关闭分液漏斗活塞并适当加热，又可以得到无色气体)。备用方案二：1、实验用品仪器：注射器、铁架台、烧杯。药品:铜片、稀硫酸2、实验装置rr卜J图2实验装置图3、实验步骤及现象(1)如图2,在注射器中放三小块铜片，将注射器活塞推到底部。(2)将输液管插入预热过的稀硝酸中，吸入20mL硝酸后，关闭输液管夹，然后将输液管下端放入盛有4mol/L氢氧化钠溶液的烧杯中(注：在实验进行过程中要慢慢地将注射器向上拉出，因摩擦力的存在，反应过程中产生的气体不容易使活塞向上运动)。(3)待反应停止后，打开输液管夹，将注射器中的溶液全部排入烧杯中

9、(气体不要排出)，然后将输液管下端移出液面，吸入约2倍NO体积的空气。(4)实验现象：铜与稀硝酸反应较慢，铜片周围产生小气泡，有无色气体生成，溶液逐渐变为蓝色：当注射器中溶液排入烧杯时，有蓝色沉淀生成：注射器吸入空气后，无色气体变为红棕色4、评价本实验反应在缺氧条件下进行，能观察到NO的“庐山真面目”一一无色气体：实验中没有向空气中排放有毒气体，避免了空气受到污染；器材简单、操作方便、现象明显。备用方案三：1、实验用品仪器：注射器、铁架台、干燥管、烧杯。药品:铜片、稀硫酸2、实验装置一注肘器止水夹铜片图33、实验步骤及现象(1)按图3所示连接装置图，检查气密性后在干燥管加入铜片，在烧杯中加入适量预热的稀硝酸。(2)打开止水夹，用注射器慢慢抽取干燥管内的空气，稀硝酸沿着干燥管慢慢上升，直到充满整个干燥管，停止抽拉注射器，关闭止水夹，观察到干燥管内铜片溶解，且表面有气泡产生，溶液上方气体为无色，溶液变成蓝色，液面下降。(3)反应停止后，打开止水夹，用注射器抽取干燥管内的气体(事先已将注射器内原有的空气推出)，关闭止水夹后取下注射器，并抽取一定的空气，可观察到有红棕色气体生成。4、方案评价此实验设计简单可行，操作方便、现象明显,不仅能清晰地观察到无色的NO,还能观察到NO气体容易被氧化成红棕色的NO2的过程，而且可以重复使用。