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铜与稀硝酸反应实验的探究
发布日期:2018年01月24日    点击次数:     作者:樊耀平    来源: 本站原创

 铜与稀硝酸反应实验的探究

  樊耀平

常州市武进区洛阳高级中学  213104

摘要:铜与稀硝酸反应实验的成功与否,对学生学习硝酸的氧化性有着重要的影响。本文从温度、浓度、催化剂多角度探究,完善铜与稀硝酸反应。

关键词:实验探究   改进

一、实验在教学中的作用和地位

硝酸的强氧化性是中学化学教学的重要内容。浓、稀硝酸与铜的反应也是重要的演示实验,通过演示实验可以形成鲜明的对比,使学生掌握不同浓度的硝酸的强氧化性。苏教版教材采用试管实验,如图1装置。在课后“练习与实践”中,对铜与稀硝酸反应已有初步的改进,但还不够完善,存在大气污染。

 
 


二、存在的问题

1、教材中的试管实验,铜和稀硝酸反应,由于试管内存在空气, 只能观察到红棕色气体,观察不到无色气体。

2、反应不能自行停止, 只能等到硝酸或者铜片反应完, 浪费药品。

3NONO2是大气污染物,随意排放不利于师生健康,又污染空气。

三、实验探究

1、实验用品

仪器:U形管、单孔橡皮塞、直型分液漏斗、铁架台、漏斗、注射器、药匙。

药品:稀硝酸、铜丝圈、亚硝酸钠晶体、5%NaOH溶液。

2、实验的反应原理及改进装置

1)主要反应原理:

   3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O

 2NOO22NO2                                      

   2)装置,图

     在此装置中,U形管右端能收集到无色气体,打开分液漏斗活塞,直型分液漏斗中看到明显的红棕色。有助于学生对铜与稀硝酸反应产物的判断。但是,通过实验发现,在此装置中,铜与稀硝酸反应收集NO气体缓慢,从反应开始到溶液脱离铜丝,时间过长。

3、针对影响化学反应速率的因素----浓度,温度,催化剂逐一研究。

(1)浓度

苏教版教材中没有指明稀硝酸的浓度,浓度过低,不利于反应发生,浓度过高,会产生NO2 气体。通过实验,找到最合适的浓度。

1 不同浓度硝酸对反应速率影响(室温下10

硝酸浓度(mol/L

液面脱离铜丝时间(min)

现象

2

反应极其缓慢

无明显现象

4

60

溶液变蓝,产生无色气体

5

25

溶液变蓝,产生无色气体

6

10

溶液变蓝,产生淡红棕色气体

8

0.5

溶液变蓝,产生红棕色气体

(2)温度

在室温下进行实验,温度较低,反应缓慢。水浴加热,对比反应时间。根据不同浓度对实验影响结果,选择4mol/L5mol/L6mol/L硝酸,做对比试验。

2 水浴加热对反应速率影响(40

硝酸浓度(mol/L

液面脱离铜丝时间(min)

现象

4

10

溶液变蓝,产生无色气体

5

4

溶液变蓝,产生无色气体

6

2

溶液变蓝,产生淡红棕色气体

3)催化剂

① 通过查阅武汉大学版《无机化学》P666页发现,NO2在此反应中起催化剂作用,NO2起传递电子作用:

        Cu-2e-==Cu2+

        NO2+ e-  == NO2-

        NO2-+H+== HNO2

        HNO2+ HNO3==H2O+2NO2

硝酸通过NO2获得还原剂的电子反应加速。

但由于先期产生的NONO2在水溶液中反应,生成 NO2-NO+NO2+H2O==2HNO2 ,所以,反应开始阶段收集不到NO。重复操作时,溶液中有一定量的NO2-使反应加快。

②  NO2-离子的存在检验。用试管取2ml酸性高锰酸钾溶液,用滴管吸取U形管中少量反应后溶液,加入试管,酸性高锰酸钾溶液褪色,反应原理是:

2MnO4-+5NO2-+6H+==2Mn2++5NO3-+3H2O。另取少量反应液,逐滴加入氢氧化钠溶液至开始产生蓝色沉淀时,再滴加AgNO3溶液,产生白色沉淀;最后,滴加稀HNO3,沉淀溶解。反应原理是: Ag++ NO2-==AgNO2 AgNO2+H+== Ag++ HNO2

3 NaNO2晶体对反应速率影响(室温下10

硝酸浓度(mol/L

液面脱离铜丝时间(min)

现象

4

8

溶液变蓝,产生无色气体

5

6

溶液变蓝,产生无色气体

6

3

溶液变蓝,产生淡红棕色气体

4、实验步骤

(1)将仪器按照装置组装好,图2

(2)将直型分液漏斗活塞打开 ,U形管加入少量NaNO2晶体,从U形管的左管口注入稀硝酸,一直注入到液面接触直型分液漏斗活塞下沿,赶走U形管中的空气,关闭直型分液漏斗活塞;

(3)一段时间后可观察到U形管右管上方有无色气体;当反应到一定程度时,稀硝酸与铜丝脱离接触,反应自动停止,图3

  (4)将直型分液漏斗活塞慢慢打开,直型分液漏斗中有红棕色气体出现,图4U形管的左管中的稀硝酸液面下降;

 (5)实验完毕后,将直型分液漏斗取下, 向直型分液漏斗中加入NaOH溶液,吸收NO2气体。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5、实验结论

通过实验探究发现,5mol/L硝酸浓度最佳。在水浴和催化剂条件下,反应都明显加快。在此,采用加催化剂简洁、有效的手段完成实验。反应前U形管中加少量NaNO2晶体,可加快反应,适合边讲边实验。

四、实验优点

1、装置简单,操作方便,成功率高。2、铜与稀硝酸反应生成无色气体,解决教材实验生成红棕色气体问题,说服力强。3、整个装置污染小,有害气体直接吸收,安全可靠。4、整个实验时间合适,便于课堂演示 。

 


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