绿色化设计铜与稀硝酸反应实验

绿色化设计铜与稀硝酸反应实验

练志娥

广西钦州灵山中学练志娥

硝酸是人教大纲版高中化学第二册第一章《氮族元素》第三节介绍的一种氮元素的重要化合物，教材用图1演示实验展示稀硝酸的强氧化性：

该实验存在以下不足：

（1）现象不明显，无法证明稀硝酸的还原产物为NO。反应试管中存在空气，生成的NO立即与空气中的O2反应而变成红棕色的NO2，学生看到的是红棕色气体，而不是无色气体。

（2）环保设计不科学。有毒气体NO不与NaOH溶液反应，从而造成空气污染。

针对以上不足，笔者提出以下创新改进方案：

（1）将实验改在“无氧”环境中进行，使学生能看到无色的NO：

3Cu＋8HNO3===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O

（2）补充NO的性质实验：

①不溶于水，②常温下很容易与空气中的O2化合生成红棕色的NO2。

（3）NO2尾气处理，NO2为酸性氧化物，可用碱液吸收，原理如下：

2NO2＋2NaOH===NaNO3＋NaNO2＋H2O

为此，设计以上改进装置图2进行实验（仪器和药品见标注）。

【实验目的】

①验证稀硝酸的强氧化性及其还原产物为NO。

②验证NO极易被空气氧化成NO2。

③验证NO难溶于水的性质。

【实验仪器】

50mL的注射器、输液针、流量调节器、烧杯、铁架台（带铁夹）、镊子、木块

【实验药品】

铜片、5mol/L的稀硝酸、NaOH溶液、棉花

【实验步骤】

1.如改进装置图2所示，预先在注射器中放两小块铜片，将活塞（下端经过了处理，即用黑色油性笔染色，有利于观察实验过程中活塞向上运动）推到底部。

2.吸入6mL5mol/L的硝酸，套上输液针，排净残留的空气，确保本实验是在“无氧”环境中进行。调节流量为零，然后将输液针下端插入NaOH溶液中进行液封。

3.待产生一定量气体（约5mL）后，将流量调到最大，让所产生气体的压力在推动活塞向上运动的同时，也可以将注射器中的溶液全部排入烧杯中，使反应自动停止。将垫在烧杯下方的木块取出，使输液针下端与NaOH溶液脱离，然后吸入约2倍体积NO的空气。

4.在烧杯底部重新垫上木块，使输液针下端插入NaOH溶液中，将注射器中的NO2气体全部缓缓压入NaOH溶液中吸收，实行尾气处理。

纵观整个实验，有以下四大优点：

（1）实验器材选用有创新，且简单易得，操作简便。本实验所用仪器非常简单，下面是尾气吸收装置：NaOH溶液；上面是气体发生装置—50mL注射器，预先已放入铜片，活塞下端也经过了处理，即用黑色油性笔染色，有利于观察实验过程中活塞向上运动。注射器下面连着输液针(事先套上一个流量调节器，通过移动滑轮，可以调节流量，让产生的气体将反应液压出，从而使反应自动停止)，针尖处插入一小团棉花，用来吸收排空时可能排出的少量酸液。

本套装置利用了启普发生器原理，其中流量调节器的使用为一大创新——有利于控制反应的进行：将流量调为零时，生成的气体能推动活塞向上运动；将流量调到最大时，可以清楚看到生成的气体在推动活塞向上运动的同时，也能将反应液缓缓压入烧杯中，使反应自动停止，从而证明NO难溶于水。

（2）实验现象明显，有利于验证实验目的。实验中，既能得到无色气体，又能清楚地看到无色NO遇空气变红棕色的过程，显而易见验证了NO极易被空气氧化成NO2，同时也验证了稀硝酸具有强氧化性及其还原产物为NO。

（3）实验方案环保，体现绿色化学理念。即在实验过程中没有向空气排放有毒气体，而是用NaOH溶液完全吸收NO2，避免空气受到污染。

（4）实验的可行性强，易于推广。本套装置可以微型化处理（即使用更小的注射器和更少的药品），有利于学生分组进行探究性实验。