探究濃度對(duì)銅與硝酸反應(yīng)的影響

劉贊許夏勇

銅和硝酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是硝酸氧化性體現(xiàn)的一個(gè)重要的演示實(shí)驗(yàn),也是掌握硝酸氧化性的很有必要的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。因此它是高中化學(xué)經(jīng)?？嫉囊活?lèi)計(jì)算題。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

對(duì)比觀察濃、稀硝酸與銅反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

二、實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)儀器：鐵架臺(tái)、具支試管、燒杯、玻璃導(dǎo)管、橡皮管、止水夾、10mL注射器、塑料瓶、橡皮塞。

實(shí)驗(yàn)藥品：銅絲、濃硝酸（體積比2∶1）、稀硝酸（體積比3∶5）、碳棒、40%氫氧化鈉溶液、澄清石灰水、大理石、氧氣。

三、實(shí)驗(yàn)原理及裝置說(shuō)明

實(shí)驗(yàn)原理如下，裝置如圖所示。

Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8HNO3（?。?3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

3NO2+H2O=2HNO3+NO

2NO+O2=2NO2

四、不同濃度硝酸與銅反應(yīng)的影響

1.不同濃度硝酸與銅反應(yīng)的產(chǎn)物

硝酸和水體積比出現(xiàn)紅棕色氣體時(shí)間5mL濃硝酸立刻4mL濃硝酸+1mL水4∶1立刻6mL濃硝酸+2mL水（取5mL）3∶1立刻4mL濃硝酸+2mL水2∶1立刻6mL濃硝酸+4mL水（取5mL）3∶2 1min 3mL濃硝酸+3mL水（取5mL）1∶1 2min 3mL濃硝酸+3mL水（取5mL）1∶1是4mL濃硝酸+5mL水（取5mL）4∶5是2mL濃硝酸+3mL水2∶3是3mL濃硝酸+5mL水（取5mL）3∶5否2mL濃硝酸+4mL水（取5mL）1∶2否2mL濃硝酸+6mL水（取5mL）1∶3否1mL濃硝酸+4mL水1∶4否

2.稀硝酸與銅反應(yīng)

原電池原理（收集20mL氣體）3mL稀硝酸+5mL水（取5mL）3∶5 5min 3min 2mL稀硝酸+4mL水（取5mL）1∶2 8min 5min 2mL稀硝酸+6mL水（取5mL）1∶3＞10min＞5min 1mL稀硝酸+4mL水1∶4＞10min＞5min硝酸和水體積比時(shí)間（收集20mL氣體）

說(shuō)明：選用濃硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%～68%，量取液體選用10mL的注射器，銅絲纏繞在一根碳棒上（5號(hào)干電池的電極），銅與硝酸反應(yīng)均在無(wú)氧的環(huán)境下進(jìn)行。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，如需加快反應(yīng)速率，銅與稀硝酸的反應(yīng)可采用原電池原理，稀硝酸（體積比為3∶5）與銅反應(yīng)能避免NO2生成，且反應(yīng)速率較快。濃硝酸（體積比為2∶1）與銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)速率適中，現(xiàn)象明顯，便于觀察。

五、實(shí)驗(yàn)步驟

1.組裝實(shí)驗(yàn)儀器，檢查裝置的氣密性。

2.向右邊試管中先加入約0.6g大理石，打開(kāi)開(kāi)止水夾1、3、4，關(guān)閉開(kāi)止水夾2，用注射器吸入6mL稀硝酸，將稀硝酸注入試管中，排盡裝置內(nèi)空氣。

3.試管中不再產(chǎn)生氣體時(shí)，關(guān)閉開(kāi)止水夾3、4，打開(kāi)開(kāi)止水夾2，將可抽動(dòng)的銅絲插入稀硝酸溶液中，銅絲表面有氣泡產(chǎn)生，溶液變藍(lán)色，氫氧化鈉溶液中有穩(wěn)定氣泡產(chǎn)生。3mim后，關(guān)閉開(kāi)止水夾1、2，將銅絲抽離液面，用注射器抽取試管內(nèi)氣體，再吸入空氣，觀察注射器內(nèi)氣體顏色由無(wú)色變?yōu)榧t棕色，實(shí)驗(yàn)完畢后，打開(kāi)開(kāi)止水夾1、2。

4.向左邊具支試管中加入5mL濃硝酸，注射器中吸入10mL蒸餾水，打開(kāi)開(kāi)止水夾2、3，關(guān)閉開(kāi)止水夾1、4，將可抽動(dòng)的銅絲插入濃硝酸溶液中，銅絲表面有氣泡產(chǎn)生，溶液變綠色，紅棕色氣體充滿(mǎn)試管上部。將銅絲抽離液面，關(guān)閉開(kāi)止水夾3，用注射器注入蒸餾水，觀察試管中氣體顏色的變化。然后用注射器抽取試管內(nèi)3mL氣體，再吸入少量空氣，觀察注射器內(nèi)氣體顏色的變化。實(shí)驗(yàn)完畢后，打開(kāi)開(kāi)止水夾1。

六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1.裝置將銅與濃、稀硝酸，NO2與H2O、NO與O2等反應(yīng)實(shí)驗(yàn)整合于一體，有極佳的對(duì)比效果，可以很明顯地觀察到銅與濃、稀硝酸反應(yīng)后溶液顏色的不同和產(chǎn)生氣體的不同。

2.通過(guò)對(duì)濃、稀硝酸的初步界定，可推斷出稀硝酸（體積比3∶5）、濃硝酸（體積比2∶1）與銅反應(yīng)，現(xiàn)象最為明顯。

3.實(shí)驗(yàn)在封閉體系中進(jìn)行，真正地觀察到了NO和NO2的顏色，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，實(shí)驗(yàn)過(guò)程無(wú)NO2和NO氣體排放，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

（作者單位：華容縣第一中學(xué)）