銅與濃、稀硝酸反應的實驗是探究硝酸的強氧化性的兩個重要實驗。教材上的實驗是在試管中進行的,有兩點不足:首先是實驗不能調控,產生的有毒氣體N02容易逸散到空氣中,造成嚴重的環境汙染;再就是由於不能排盡試管內的空氣,銅與稀硝酸反應生成的NO(無色)極易被試管中的空氣氧化成NO2(紅棕色),從而影響學生對NO顏色的觀察,同時也無法演示NO轉化為NO2的過程。為了防止以上弊端的發生,筆者把實驗改在移液管中進行,通過巧妙的設計可讓實驗不但現象鮮明、操作簡單,而且達到了綠色化實驗的要求。
1、實驗裝置
改進後的實驗裝置如圖1所示。
2、實驗方法
2.1 銅與濃硝酸反應
2.1.1 實驗操作
取一支25 mL的移液管,將一根長粗銅絲從移液管的上端管口插入並伸至移液管的球泡中(注:為防止銅絲下落,只需將銅絲的上端稍微彎曲,即可讓銅絲卡在移液管的管壁內,並可根據需要使其懸掛在移液管的適當位置),移液管的上管口連線一帶有止水夾的乳膠管。在一小燒杯中加入適量濃硝酸,把以上準備好的移液管插入濃硝酸中。開啟止水夾,用洗耳球對準乳膠管口吸氣,當濃硝酸上升至與銅絲接觸時停止吸液,取下洗耳球,關閉止水夾。這時,可以觀察到移液管中的濃硝酸和銅絲開始反應,產生大量紅棕色的氣體,反應後的溶液呈藍綠色(如圖1A所示)。待移液管內的溶液下降至與銅絲分離,反應停止。鬆一下止水夾,當移液管中的溶液大部分流入燒杯中時,關閉止水夾。取出移液管,插入另一裝有氫氧化物鈉溶液的`燒杯中(如圖1C所示),開啟止水夾,用洗耳球從乳膠管口向移液管內吹入空氣,以排盡移液管中的NO2氣體,使之被燒杯中的NaOH溶液吸收。
2.1.2 實驗優點
(1)實驗裝置簡單,操作方便,可以反覆使用。
(2)現象明顯,由於銅與濃硝酸在移液管內的反應所處的位置高,便於學生能清楚地觀察紅棕色的NO,氣體的生成。
(3)該裝置既可讓反應自動停止,也可根據需要隨時使反應停止(只要鬆一下止水夾,讓液麵下降至與銅絲分離)。
(4)取材容易,拓展了儀器的用途,節約了藥品。
(5)全封閉環境實驗,且實驗結束後,可很方便地對反應產生的有害氣體進行處理,不汙染環境。
2.2 銅與稀硝酸反應
2.2.1 實驗操作
取一支25 mL的移液管,將一根長粗銅絲從移液管的上端管口插入並伸至移液管的球泡中,移液管的上管口連線一帶有止水夾的乳膠管。在一小燒杯中加入適量稀硝酸,把以上準備好的移液管伸人燒杯內的稀硝酸中,開啟止水夾,用洗耳球對準乳膠管口吸氣。當稀硝酸上升充滿移液管的球泡並抵達移液管的標線以上時停止吸液,取下洗耳球,關閉止水夾。這時,可以觀察到移液管中的稀硝酸和銅絲開始反應,銅絲表面有氣泡產生,溶液開始變藍色,同時可看到移液管內液麵開始下降,液麵上的氣體為無色。待液麵溶液下降至與銅絲分離,反應停止。鬆一下止水夾讓空氣進入,移液管內迅速出現紅棕色氣體。待移液管中的溶液大部分流入燒杯中時,關閉止水夾。取出移液管,插入另一裝有氫氧化鈉溶液的燒杯中(如圖1C所示),開啟止水夾,用洗耳球從乳膠管口向移液管內吹入空氣,以排儘管中的NO,氣體,使之被燒杯中的NaOH溶液吸收。
2.2.2 實驗優點
(1)實驗裝置簡單,操作方便,可以隨時使反應停止。
(2)現象鮮明,能清楚地觀察到NO是一種無色的氣體,當它與進入的空氣接觸迅速生成紅棕色的NO:氣體。
(3)取材容易,節約了藥品。
(4)全封閉環境實驗,能非常方便地讓NaOH溶液吸收反應產生的有害氣體,不汙染環境。