證據(jù)推理為本的“銅與濃硝酸反應實驗”的新設計

　　摘要：用乳膠管和密封塑料鹽水袋組成的實驗裝置，操作簡單易行，可以反復重現(xiàn)NO與NO2之間的相互轉化，實驗現(xiàn)象明顯，步驟可控�；�于證據(jù)推理，有助于對銅和濃硝酸的反應、氮氧化物轉化的宏觀現(xiàn)象進行微觀探析。

　　關鍵詞：乳膠管;銅;濃硝酸;一氧化氮;二氧化氮

　　一、實驗設計的緣起

　　銅組合 408 與濃硝酸反應的實驗，能讓學生深入了解HNO3及氮氧化物，原蘇教版高中化學1教材中[1]，設計了如圖1的經(jīng)典實驗，基于該實驗，新教材高中化學必修第二冊中將銅片改成了銅絲，以控制反應的進程，但該實驗的效果較單一。在制得氮氧化物的同時，能全面認識到氮氧化物的性質(zhì)，實現(xiàn)多個性質(zhì)實驗一體化，是值得思考的問題。

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　　筆者認為，要更全面地認識氮元素，應從“價類二維”的角度，引導學生從反應的宏觀現(xiàn)象走近微觀本質(zhì)。筆者也曾用小安瓶進行NO2與水的歧化反應的探究實驗，用注射器向收集滿NO2的小安瓶中先后注入適量蒸餾水、紫色石蕊試液，通過實驗索證，探究NO2的性質(zhì)。但當用注射器再繼續(xù)注入空氣，NO由于濃度太低，無法實現(xiàn)向NO2 的轉化。

　　二、實驗設計方案

　　1、主要儀器及藥品

　　250mL塑料鹽水袋，乳膠管一段(約5cm)，玻璃珠1顆，10mL注射器，洗瓶，洗耳球;

　　63%濃硝酸，銅絲1根(約10cm)，酚酞，蒸餾水，NaOH溶液。

　　2、實驗裝置及準備

　　裝置由帶有玻璃珠的乳膠管和塑料鹽水袋組成。乳膠管與玻璃珠接觸處，是一個可以控制的開關閥門。將10cm的銅絲小心地插入左端塑料封口，并隔著袋子將銅絲彎成連續(xù)的S狀。

　　擠捏乳膠管中玻璃珠，用洗瓶沿乳膠管注入適量水，倒放裝置如圖1，對裝置進行檢漏。擠捏乳膠管中玻璃珠，將袋子壓扁，盡量排盡袋內(nèi)空氣。

　　3、主要實驗步驟及現(xiàn)象

　　(5fbccab43b034_html_53a6efc9d56f23e8.jpg 1)銅與濃硝酸反應

　　用10mL注射器向塑料袋內(nèi)注入4mL 63%的濃硝酸。溶液中銅絲附近產(chǎn)生大量氣泡，袋內(nèi)溶液迅速呈現(xiàn)綠色。液面上方隨著紅棕色氣體的不斷生成，密封袋迅速鼓起，且袋體溫度明顯升高;

　　反直線 509 應原理：Cu + 4HNO3(濃)= Cu(NO3)2 + 2NO2 +2 H2O

　　(2)NO2的性質(zhì)

　　待步驟1中塑料袋大部分膨脹后，將塑料袋倒置，銅絲與濃硝酸固液分離，反應立即停止。邊擠捏乳膠管中玻璃珠，邊用洗瓶沿著乳膠管向袋內(nèi)注入少量蒸餾水，并輕輕震蕩，紅棕色變淺直至消失，透明袋部分變癟，袋內(nèi)溶液由綠色變成藍色。

　　反應的原理是：3NO2 + H2O= 2 HNO3 +NO 圖3 銅與濃硝酸反應

　　(3)銅與稀硝酸反應

　　將塑料袋再倒過來，銅絲與稀硝酸固液接觸，銅絲附近產(chǎn)生大量氣泡，塑料袋慢慢變鼓，袋內(nèi)氣體呈無色。

　　反直線 510 應的原理是：3Cu + 8HNO3(稀)= 3Cu(NO3)2 + 2NO +4 H2O

　　(4)NO的性質(zhì)

　　再將塑料袋倒置，擠捏玻璃珠，用洗耳球沿乳膠管向袋內(nèi)鼓入空氣。氣體瞬間由無色變?yōu)榧t棕色 ，輕輕搖晃塑料袋，紅棕色又消失�？煞磸投啻�。

　　反應的原理是：2NO+ O2 = 2 NO2

　　(5)廢液、廢氣處理

　　廢液：擠捏玻璃珠，將廢液放入盛有約60mL 10%的NaOH溶液與酚酞的燒杯中，過程中燒杯內(nèi)溶液一直呈紅色。 廢氣：用洗耳球鼓入空氣，并用注射器注入NaOH與酚酞的混合液，輕輕震蕩，等待一段時間，至袋內(nèi)液體呈紅色不褪色，氣體被充分吸收。

　　反應的原理是： 2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O

　　三、實驗設計的創(chuàng)新點

　　1、實現(xiàn)了將氮氧化物的發(fā)生裝置、性質(zhì)檢驗裝置、尾氣吸收一體化。多個實驗在一個密封體系中先后進行，操作方便，試劑使用量少，綠色環(huán)保。

　　2、實驗的進程可控，可觀賞性強。實驗過程可以暫停在任何一步，學生能清晰看到袋內(nèi)的溶液、氣體的顯著變化，從而進行宏微辨析，實現(xiàn)證據(jù)推理。

　　3、衍生其他實驗資源。

　　(1)銅與濃硝酸反應呈綠色的原因探究

　　銅與濃硝酸接觸后的溶液呈綠色。將塑料袋倒置(反應停止)后，置于100攝氏度的熱水浴中，可觀察到藍色溶液中繼續(xù)溢出大量氣泡，并觀察到溶液顏色變化不明顯。因此沿著乳膠管放出少量藍色液體于試管中，用酒精燈加熱，溶液迅速變藍，試管里產(chǎn)生紅棕色氣體。因而得出結論：溶液呈綠色不是硝酸銅的作用，而是由于紅棕色的NO

　　2溶于硝酸呈現(xiàn)的黃色，與藍色的硝酸銅溶液混合后呈現(xiàn)出綠色。

　　(2)濃度對速率的影響因素的探究

　　銅與濃硝酸、稀硝酸反應的對比實驗，根據(jù)冒氣泡的劇烈程度，單位時間內(nèi)塑料袋的鼓起的程度等討論化學反應速率的影響因素。

　　參 考 文 獻：

　　王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書化學1[M].南京：江蘇教育出版社,2018

　　作者：楊桂霞

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