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【摘 要】本文就铜与浓、稀硝酸反应实验以及氮氧化物性质实验原理、设计、注意事项、成功关键点和创新之处进行了探讨。
【关键词】铜；浓硝酸；稀硝酸；设计
【中图分类号】G632.5 【文献标识码】A
【文章编号】2095-3089（2018）34-0130-01
铜与浓、稀硝酸反应以及氮氧化物性质都是高中化学教学的重要内容。普通高中课程标准实验教科书化学人教新教材则没有设置铜与浓、稀硝酸反应的实验，但设置了氮氧化物性质实验，由于这些反应是教学的重点、难点，因此在实际课堂教学中，化学老师常常通过演示实验突破重点、难点，并充分调动学生学习的积极性和激发学生的学习兴趣。在实际教学中，如果将硝酸的氧化性与氮氧化物的性质整合于同一课时，利用浓、稀硝酸反应实验生成的NOx，进行NOx的性质实验，能够大大节约实验的准备时间和课堂教学时间，节约药品，减少污染，有利于学生对知识的系统化建构，提高课堂教学效果，会收到事半功倍的效果。
一、实验原理
涉及到的化学反应：
Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O；
3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O； 2NO+O2=2NO2；
NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O； 2NO2+2NaOH= NaNO2+ NaNO3+H2O
二、实验设计
1.实验用品。
干燥管、球形胶头滴管、带导管的单孔橡皮塞、橡皮管、弹簧夹、注射器（与干燥管或球形胶头滴管的容积相当）、小烧杯或小滴瓶。铜片、浓硝酸、氢氧化钠溶液、蒸馏水。
2.实验装置。
3.实验方法。
（1）铜与浓硝酸反应实验：按图1所示装配装置，检查气密性，然后在干燥管中装人适量铜片（铜片大小以不一易从干燥管下端漏下为宜），再连接好装置，放人小烧杯中，在小烧杯中加人30 mL体积比为1：1的硝酸。打开止水夹，用注射器快速抽取干燥管内的空气，浓硝酸沿着干燥管上升，_直到充满整个干燥管，停止抽拉注射器活塞，关闭止水夹，观察实验现象可清晰地看到干燥管内溶液变蓝，干燥管内产生红棕色气体，气体推动蓝色的溶液液面迅速下降，当溶液与铜片分离时反应自动停止。
（2）NO2溶于水的反应实验：在铜与浓硝酸反应的过程中，观察到干燥管球形部分溶液刚好排出时，快速提起干燥管，插入装有水的烧杯中这时可见水倒吸人干燥管中.红棕色气体变成无色，气体体积明显缩小。
（3）NO与O2的反应实验：当（2）中红棕色气体全部变成无色气体后，打开止水夹，将开始抽出的空气推入干燥管中，可见无色气体又变成红棕色然后将红棕色气体通人NaOH溶液以处理尾气。
（4）铜与稀硝酸反应实验：观察完铜片与浓硝酸的反应之后，向烧杯中加入蒸馏水，将硝酸稀释1倍，重复铜与浓硝酸反应实验的操作，可一见干燥管内产生无色气体，气体推动干燥管内溶液液面下降，管内溶液变蓝，当溶液与铜片分离时反应自动停止。
（5）尾气处理：实验结束后，将干燥管及时提出硝酸溶液，插人NaOH溶液以吸收尾气。若有无色气体未被吸收，可用注射器向干燥管注人空气帮助其充分吸收。
三、实验注意事项
1.硝酸是极具腐蚀性的溶液，极易危害人体暴露的器官，必须小心轻拿轻放，以避免溅洒到人体暴露的器官造成危害；实验产生的二氧化氮气体有毒，实验需要在开放通风的环境中或一个封闭的反应柜进行。
2.在用注射器吸入硝酸引发的反应时，溶液一定要吸到止水夹的地方，尽量排尽空气以便排除空气对实验的干扰和影响。
3.铜与浓硝酸的反应非常剧烈，不好控制。因此，可把浓硝酸稀释成1：1的硝酸以代替浓硝酸进行实验，效果不错。
四、实验成功关键点
1.该实验无法加热，为了加快铜与稀硝酸反应的速率，可适当增大稀硝酸的浓度。
2.用NaOH溶液处理气体产物时，若有无色气体未被吸收，可用注射器向干燥管注人空气帮助其充分吸收。
五、实验创新之处
1.试剂用量少。
整个实验中，所需试剂为一片铜片、约10ml浓硝酸、约10ml稀硝酸、20mlNaOH溶液，用品只需注射器1個，小药瓶4个，试剂用量大大减少，材料简单易得且可重复多次使用。
2.实验污染小。
反应物用量少，则生成的有毒气体少。同时，缓慢推注射器推杆的操作也可使有毒气体被吸收得更充分。
3.操作简单易行。
由于操作简单，此实验适合学生做小型分组实验，克服了只由教师作演示实验而学生观察效果不太好的缺憾。
4.可随时控制实验的开始和结束。
拉注射器推杆可使铜与硝酸接触从而使反应发生，推注射器推杆可使铜与硝酸分离从而使反应结束，操作简单可行。
5.现象明显，对比效果好。
6.利于对反应产物的研究。
反应剩余的液体在原盛装有硝酸的小药瓶内，反应剩余的气体可短时保留于注射器中，可取样后对反应产物进一步研究。生成NO后，在空气中迅速向后拉注射器推杆，可使空气进入注射器内，无色气体变为红棕色的现象很明显，进而可证明铜于稀硝酸反应的产物使NO。
7.形式新颖，能激发学生学习兴趣。用注射器代替试管，可以让学生觉得化学实验也通过我们身边的废旧物品来完成，达到废物利用的目的。
参考文献
[1]陆军.硫酸和硝酸与铜反应时浓稀界限的实验探究[J].教学仪器与实验，2005（9）：12-13.
[2]人民教育出版社化学室.全日制普通高级中学教科书（必修）化学第三版[M].北京：人民教育出版社，2007.
[3]中山大学.无机化学实验第三舨[M].北京：高等教育出版社，2001.
[4]杨明生，铜与硝酸反应的实验现象探究[J].中学生数理化（高中版），2005（10）：83-84.
[5]雷利彬.再谈铜与硝酸反应实验的改进和问题探讨[J].中小学教学研究，2009（5）：41-42.
[6]陈岳全.关于铜与浓、稀葫酸反应的实验综合设计[J].中学化学教学参考，2016（2）；103.
[7]马学敏，施秀杰，衷明华.铜与浓、稀峭酸反应的微型实验装置改进[J].中学化学教学参考，2014（7）；66.
[8]陈焰香，邱美艳，林晰.浓稀峭酸与铜反应的实验改进[J].闵南师范大学学报（自然科学版），2016（1）：115-117.
[9]陶杰，张腾.铜与浓、稀稍酸反应实验的改进[J].中学化学教学参考，2015（1/21.55-56.
作者简介：吴梅花（1973一），女，甘肃武威人，中学一级教师，本科，从事高中化学教学与研究。
【关键词】铜；浓硝酸；稀硝酸；设计
【中图分类号】G632.5 【文献标识码】A
【文章编号】2095-3089（2018）34-0130-01
铜与浓、稀硝酸反应以及氮氧化物性质都是高中化学教学的重要内容。普通高中课程标准实验教科书化学人教新教材则没有设置铜与浓、稀硝酸反应的实验，但设置了氮氧化物性质实验，由于这些反应是教学的重点、难点，因此在实际课堂教学中，化学老师常常通过演示实验突破重点、难点，并充分调动学生学习的积极性和激发学生的学习兴趣。在实际教学中，如果将硝酸的氧化性与氮氧化物的性质整合于同一课时，利用浓、稀硝酸反应实验生成的NOx，进行NOx的性质实验，能够大大节约实验的准备时间和课堂教学时间，节约药品，减少污染，有利于学生对知识的系统化建构，提高课堂教学效果，会收到事半功倍的效果。
一、实验原理
涉及到的化学反应：
Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O；
3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O； 2NO+O2=2NO2；
NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O； 2NO2+2NaOH= NaNO2+ NaNO3+H2O
二、实验设计
1.实验用品。
干燥管、球形胶头滴管、带导管的单孔橡皮塞、橡皮管、弹簧夹、注射器（与干燥管或球形胶头滴管的容积相当）、小烧杯或小滴瓶。铜片、浓硝酸、氢氧化钠溶液、蒸馏水。
2.实验装置。
3.实验方法。
（1）铜与浓硝酸反应实验：按图1所示装配装置，检查气密性，然后在干燥管中装人适量铜片（铜片大小以不一易从干燥管下端漏下为宜），再连接好装置，放人小烧杯中，在小烧杯中加人30 mL体积比为1：1的硝酸。打开止水夹，用注射器快速抽取干燥管内的空气，浓硝酸沿着干燥管上升，_直到充满整个干燥管，停止抽拉注射器活塞，关闭止水夹，观察实验现象可清晰地看到干燥管内溶液变蓝，干燥管内产生红棕色气体，气体推动蓝色的溶液液面迅速下降，当溶液与铜片分离时反应自动停止。
（2）NO2溶于水的反应实验：在铜与浓硝酸反应的过程中，观察到干燥管球形部分溶液刚好排出时，快速提起干燥管，插入装有水的烧杯中这时可见水倒吸人干燥管中.红棕色气体变成无色，气体体积明显缩小。
（3）NO与O2的反应实验：当（2）中红棕色气体全部变成无色气体后，打开止水夹，将开始抽出的空气推入干燥管中，可见无色气体又变成红棕色然后将红棕色气体通人NaOH溶液以处理尾气。
（4）铜与稀硝酸反应实验：观察完铜片与浓硝酸的反应之后，向烧杯中加入蒸馏水，将硝酸稀释1倍，重复铜与浓硝酸反应实验的操作，可一见干燥管内产生无色气体，气体推动干燥管内溶液液面下降，管内溶液变蓝，当溶液与铜片分离时反应自动停止。
（5）尾气处理：实验结束后，将干燥管及时提出硝酸溶液，插人NaOH溶液以吸收尾气。若有无色气体未被吸收，可用注射器向干燥管注人空气帮助其充分吸收。
三、实验注意事项
1.硝酸是极具腐蚀性的溶液，极易危害人体暴露的器官，必须小心轻拿轻放，以避免溅洒到人体暴露的器官造成危害；实验产生的二氧化氮气体有毒，实验需要在开放通风的环境中或一个封闭的反应柜进行。
2.在用注射器吸入硝酸引发的反应时，溶液一定要吸到止水夹的地方，尽量排尽空气以便排除空气对实验的干扰和影响。
3.铜与浓硝酸的反应非常剧烈，不好控制。因此，可把浓硝酸稀释成1：1的硝酸以代替浓硝酸进行实验，效果不错。
四、实验成功关键点
1.该实验无法加热，为了加快铜与稀硝酸反应的速率，可适当增大稀硝酸的浓度。
2.用NaOH溶液处理气体产物时，若有无色气体未被吸收，可用注射器向干燥管注人空气帮助其充分吸收。
五、实验创新之处
1.试剂用量少。
整个实验中，所需试剂为一片铜片、约10ml浓硝酸、约10ml稀硝酸、20mlNaOH溶液，用品只需注射器1個，小药瓶4个，试剂用量大大减少，材料简单易得且可重复多次使用。
2.实验污染小。
反应物用量少，则生成的有毒气体少。同时，缓慢推注射器推杆的操作也可使有毒气体被吸收得更充分。
3.操作简单易行。
由于操作简单，此实验适合学生做小型分组实验，克服了只由教师作演示实验而学生观察效果不太好的缺憾。
4.可随时控制实验的开始和结束。
拉注射器推杆可使铜与硝酸接触从而使反应发生，推注射器推杆可使铜与硝酸分离从而使反应结束，操作简单可行。
5.现象明显，对比效果好。
6.利于对反应产物的研究。
反应剩余的液体在原盛装有硝酸的小药瓶内，反应剩余的气体可短时保留于注射器中，可取样后对反应产物进一步研究。生成NO后，在空气中迅速向后拉注射器推杆，可使空气进入注射器内，无色气体变为红棕色的现象很明显，进而可证明铜于稀硝酸反应的产物使NO。
7.形式新颖，能激发学生学习兴趣。用注射器代替试管，可以让学生觉得化学实验也通过我们身边的废旧物品来完成，达到废物利用的目的。
参考文献
[1]陆军.硫酸和硝酸与铜反应时浓稀界限的实验探究[J].教学仪器与实验，2005（9）：12-13.
[2]人民教育出版社化学室.全日制普通高级中学教科书（必修）化学第三版[M].北京：人民教育出版社，2007.
[3]中山大学.无机化学实验第三舨[M].北京：高等教育出版社，2001.
[4]杨明生，铜与硝酸反应的实验现象探究[J].中学生数理化（高中版），2005（10）：83-84.
[5]雷利彬.再谈铜与硝酸反应实验的改进和问题探讨[J].中小学教学研究，2009（5）：41-42.
[6]陈岳全.关于铜与浓、稀葫酸反应的实验综合设计[J].中学化学教学参考，2016（2）；103.
[7]马学敏，施秀杰，衷明华.铜与浓、稀峭酸反应的微型实验装置改进[J].中学化学教学参考，2014（7）；66.
[8]陈焰香，邱美艳，林晰.浓稀峭酸与铜反应的实验改进[J].闵南师范大学学报（自然科学版），2016（1）：115-117.
[9]陶杰，张腾.铜与浓、稀稍酸反应实验的改进[J].中学化学教学参考，2015（1/21.55-56.
作者简介：吴梅花（1973一），女，甘肃武威人，中学一级教师，本科，从事高中化学教学与研究。