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濃、稀硝酸與銅反應一體化微型實驗再改進該文刊于《江西化工》2013年第4期第141頁。

2010級本科生:陳靜瓊 倪嘵添

指導教師:衷明華 文劍輝

【摘要】本文指出了銅與濃、稀硝酸反應實驗的不足,介紹了銅與濃、稀硝酸反應的一體化微型實驗裝置、實驗方法及實驗優點。

【關鍵詞】一體化;微型實驗;銅與濃、稀硝酸反應

微型化學實驗是近十年來在國內外得到迅速發展的化學實驗新方法,是“綠色化學”的重要組成部分,已成為二十一世紀化學實驗教學改革的一個重要趨勢。它的特點是在微小型的儀器中,用盡可能少的試劑(一般為常規的十分之一甚至千分之一)來進行實驗,是在微型化的條件下對化學實驗進行重新設計與再表現。微型化學實驗污染程度低、操作簡易、安全性高、現象明顯、節約藥品與節省時間,有利于學生動手進行實驗,有利于拓展化學實驗的教育功能。

運用微型實驗來完成銅與濃、稀硝酸反應,試劑用量少,快捷、省時;銅與濃、稀硝酸兩個實驗同時完成,有利于兩個實驗現象進行對照,而且由于注意了尾氣的回收,防止了有害氣體的外泄,具有常規實驗不可替代的優點。

一 原實驗的不足之處

(1)在做銅與濃硝酸反應實驗時,反應迅速,產生大量有毒的二氧化氮氣體,不便控制反應的進程。

(2)銅和稀硝酸反應時,由于試管內存在的空氣會對一氧化氮氣體顏色的觀察產生干擾,故難于探究銅與稀硝酸反應的性質。

(3)在銅與濃、稀硝酸反應實驗中,用量較大,浪費藥品。

(4)用試管作反應容器導致實驗完畢后管內有殘留氣體,易污染環境,影響師生健康。

二 實驗用品

(1)由湛江師范學院研制開發的中學化學微型實驗儀器箱(ML-1)提供:帶支口試管(1 cm×10 cm)1根、帶支口U形管(1 cm×10 cm)1支、單孔橡膠塞3個、10mL燒杯1個、直玻璃導管1支、橡膠管2段、針筒1個、止水夾1個、鐵架臺1個、鐵試管夾2個。

(2)藥品:濃硝酸、細銅絲、0.1mol·L-1 NaOH溶液。

三 實驗裝置

濃、稀硝酸與銅反應一體化微型實驗裝置

①細銅絲

②濃硝酸

③鐵架臺

④橡膠管

⑤NaOH溶液

⑥針筒

⑦空氣

⑧止水夾

⑨銅片

⑩水

四 實驗原理

Cu+4HNO3(濃)═══Cu(NO32+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3(?。┄T══3Cu(NO32+2NO↑+4H2O

3NO2+H2O═══2HNO3+NO

HNO3+NaOH═══NaNO3+H2O

2NO+O2═══2NO2

五 實驗步驟及現象

(1)按照上圖組裝儀器,在U形管放置2 g銅片以及5mL水,并在支口試管加入5mL濃硝酸,塞好橡膠塞。

(2)將銅絲伸入試管中,與濃硝酸接觸。產生NO2經導管進入U形管,并溶于水,生成硝酸,硝酸與水形成稀硝酸,與底部的銅片發生反應,生成的NO在U形管左側聚集。

(3)針筒打入空氣,驗證NO轉化為NO2。

(4)抽出銅絲停止實驗,打開止水夾吸收尾氣。

六 實驗優點

(1)易操作,通過拔插銅絲,可以任意控制反應的進行或停止。

(2)實驗過程沒有向空氣中排放有毒氣體,避免了空氣受到污染,培養了學生的環保意識。

(3)所用儀器均透明,并且濃、稀硝酸與銅反應的現象對比更加明顯,便于學生觀察,也便于教師進行投影演示,可以激發學生的學習興趣和培養學生的創新精神。

(4)該裝置器材簡單,操作方便,對于班級較多的學??蛇M行多次演示。

(5)該實驗方法用針筒和玻璃導管等制作的簡易裝置作為反應器使銅與濃、稀硝酸反應在玻璃導管中(無空氣干擾的環境里)進行,避免了氣體產物和空氣的直接接觸,很好地證明了一氧化氮產生與轉化(即生成二氧化氮)的過程,現象明顯。

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