铜与稀硝酸反应的实验设计论文

2022-04-29

摘要：将浓、稀硝酸与铜反应、氮氧化物的性质实验整合在一套密封装置中分别连续进行，观察浓、稀硝酸与铜反应的相对快慢与产物种类、氮氧化物相互转化和氮氧化物转化为硝酸的多个定性及定量实验，并用常用仪器搭建装置，实现了装置简单、操作易行、现象鲜明、定性定量、绿色环保的设计初衷。下面是小编为大家整理的《铜与稀硝酸反应的实验设计论文(精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！

铜与稀硝酸反应的实验设计论文篇1：

铜与稀硝酸反应的研究性实验设计探索

摘要：铜与稀硝酸发生反应生成的NO气体容易被空气氧化成N02气体，无法证明产物为NO气体。本篇对此进行了研究陛实验设计探索，提出了5个实验方案，都达到了节约药品、操作简便、现象明显、没有污染的要求。

关键词：铜；稀硝酸；研究性实验设计

文献标识码：C

作者：袁鸿志

铜与稀硝酸反应的实验设计论文篇2：

浓、稀硝酸与铜反应的综合实验设计

摘要：将浓、稀硝酸与铜反应、氮氧化物的性质实验整合在一套密封装置中分别连续进行，观察浓、稀硝酸与铜反应的相对快慢与产物种类、氮氧化物相互转化和氮氧化物转化为硝酸的多个定性及定量实验，并用常用仪器搭建装置，实现了装置简单、操作易行、现象鲜明、定性定量、绿色环保的设计初衷。

关键词：硝酸与铜反应；氮氧化物；相互转化；定性定量；绿色环保

1 加强与改进硝酸及氮氧化物性质实验的必要性

硝酸是工业常见、常用的三大强酸之一，浓、稀硝酸与铜的反应，其产物二氧化氮、一氧化氮的性质及它们之间的转化，是中学化学的重要内容。但由于硝酸的腐蚀性及反应产生有毒气体，很多学校不做该实验，因此化学教学的特色没有突显，学生对硝酸氮氧化物的性质及相关实验的理解不深，实验技能得不到训练，教学质量受到影响，甚至使学生产生“化学就是腐蚀和污染”的错误认识而有恐惧感，把化学仅当成上大学的铺路石。

如何做到既能提高实验的开出率，又能保证安全不让学生受到伤害，还能丰富实验内容、整合基础知识、体现绿色化学、提高实验的效率和价值，一直是中学化学教学中重要的研究内容。现把笔者经过多年研究的浓、稀硝酸与铜反应的综合实验设计汇总如下。

2 实验设计思路

利用浓、稀硝酸与铜的反应，分析比较浓、稀硝酸氧化性的相对强弱及产物种类、氮氧化物之间的相互转化，利用氮氧化物与水反应产生硝酸的性质，把反应产生的氮氧化物不排放、定量控制、循环转化，最后转化成硝酸，从而实现既有多重实验多种物质的性质试验，又能体现实验原理、引发学生兴趣、增强绿色化学意识、锻炼实验能力。

3 仪器装置

仪器：150mL广口瓶、200mL烧杯、250mL分液漏斗、150mL注射器；橡皮塞、玻璃管、胶管夹、铁架台（附铁圈）和橡胶管等

装置：用上述仪器组装成如图1所示的硝酸及氮氧化物性质实验装置

4 反应原理

（1）浓硝酸与铜的反应：

Cu+4HNO3=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

（2）稀硝酸与铜的反应：

3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

（3）氮氧化物的性质及转化：

3NO2+H2O=2HNO3+NO，2NO+O2=2NO2

（4）利用反应自身产生的气体，把酸液由广口瓶自动转移到分液漏斗中，实现收集纯净气体的目的。

5 实验操作、现象和解释

实验1 浓硝酸与铜的反应

（2）一氧化氮与氧气的反应

6 实验结论

通过本实验可以得到以下结论：

6.1 关于硝酸与铜的反应

（1）浓硝酸与铜迅速反应生成红棕色的二氧化氮气体：Cu+4HNO3=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

（2）稀硝酸与铜反应生成无色的一氧化氮气体：3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

（3）浓硝酸与铜反应剧烈，而稀硝酸与铜反应则相对平缓。

（4）浓、稀硝酸与铜的反应都放热，但浓硝酸的反应放热剧烈并较多。

6.2 二氧化氮和一氧化氮的性质

（1）二氧化氮是红棕色气体，易与水反应生成硝酸和一氧化氮：3NO2+H2O=2HNO3+NO

（2）一氧化氮是无色气体，不溶于水，但能与氧气反应生成二氧化氮：2NO+O2=2NO2

（3）一氧化氮在与氧气以4：3体积比混合时，能与水完全化合生成硝酸：4NO +3O2+2H2O=4HNO3

7 实验特点

7.1 仪器常用，装置简单

本实验使用实验室中最简单的仪器（广口瓶、烧杯、分液漏斗和注射器等）和常见的组装形式，能适应各学校的实验条件，便于师生进行设计和实验。

7.2 操作简单，现象鲜明

实验全过程除使用注射器之外就是开、关活塞和胶管夹，由于该实验中的各反应都较快，气体颜色差别明显且转化迅速，并且酸液排出与回流较快，使该实验效率高且现象明显。

7.3 安全环保，易于推广

由于硝酸和气体都在密闭的仪器中，没有物质外泄，并且仪器、装置简单，无外加反应条件等，使该实验有很高的安全性、经济性、适用性和可操作性。

7.4 构思巧妙，立意高端

本实验整合了装置的气密性检查，浓、稀硝酸分别与铜的反应，浓、稀硝酸与铜反应的热量变化，二氧化氮和一氧化氮的水溶性实验，一氧化氮被氧气氧化，二氧化氮、混有氧气的一氧化氮分别与水反应的实验等等，多个定性和定量的實验集于一个装置中，仪器、装置利用率和实验效率非常高。

本实验展现了不同浓度的硝酸跟铜的反应，反应的产物及现象变化快慢很容易进行对比；氮氧化物之间的转化，最后全部转化为硝酸，并且进行了定量分析和定量实验，实现了无物质、无“三废”排放，原子利用率百分之百，既安全环保，又模拟了工业生产硝酸的重要环节，充分体现了化学知识的价值，对学生的定量意识、定性与定量相结合的认识、环保意识和绿色化学思想的建立起到了很好的作用。

8 注意事项

8.1 保障实验安全顺利进行的措施

（1）为保证实验现象符合预期设计以及准确体现二氧化氮、一氧化氮气体在转化过程中的体积关系，需要把两个广口瓶中的空气全部排出，其方法和操作就是在甲瓶加注浓硝酸、乙瓶加注水以确保在塞好橡皮塞后瓶中基本没有气体。

（2）为保证在甲瓶中浓硝酸能够全部排出，可预先在瓶底部筑一层石蜡，留下一个供导管排液的小坑（如图1所示）。

（3）为了实验能按设计进行，确保实验安全，分液漏斗的容积一定要大于广口瓶的容积。

（4）一氧化氮与氧气的反应，一定要用纯净的氧气（事先收集于注射器中），不要用空气替代，否则不会出现一氧化氮在与氧气以4：3体积比混合时一氧化氮气体被完全吸收的现象。

（5）注射器的使用：

①为方便实验，针头在使用时要穿过橡皮塞，每次用完后不必拔出，但要伸入橡皮塞內，保持装置的气密性，并避免与浓硝酸接触被腐蚀。

②在不使用注射器时，其针头底座要用橡皮帽或橡皮塞密封，以确保广口瓶的密封状态。在使用时一定要注意分液漏斗的活塞是否关闭。

③可直接用大号兽用注射器，依据实验要求多次定量使用。也可用其充满氧气做气源，在实验时供给其他小注射器。

8.2 保障稀硝酸能较快与铜反应的措施

（1）所用浓硝酸的浓度要大（16 mol·L-1），这样由它所形成的稀硝酸的浓度会大于4 mol·L-1，并且由于浓硝酸与铜反应放热使而后的稀硝酸的温度较高，保障了稀硝酸能较快与铜反应。

（2）必要时在广口瓶乙和烧杯中使用温水（如40℃，水温不能太高，否则广口瓶甲中会出现水雾现象）。

（3）对寒冷地区，把广口瓶甲中的石蜡换用软化点高的聚乙烯蜡（软化点115℃），将广口瓶甲置于水槽中，在而后进行稀硝酸与铜的反应前注入热水。

8.3 充分利用稀硝酸与铜反应的空档

如果稀硝酸与铜反应较慢，可以在此时间段内让学生完成前面的实验报告，并提出三个承上启下的问题让学生思考。如：

问题1：依据浓硝酸与铜反应的现象，判断浓硝酸具有什么性质？这个实验还能反映出该反应的什么性质？

问题2：对比实验1中二氧化氮与一氧化氮的体积，写出相应的化学方程式。

问题3：如果充入氧气，把二氧化氮和一氧化氮分别全部转化为硝酸，请分别写出反应的化学方程式，分析气体的体积比。

9 结束语

综上所述，本实验的基本思想、实验原理和装置设计，对其他如氯气、硫酸、氨气等有强腐蚀性、会产生有毒或有剌激性气体的实验，都具有指导意义和参考价值。只要教师肯动脑，把握物质的性质和实验的特点，研究与改革实验，就必然会创作出更多更好的实验服务于教学。在整合学生的知识、开发学生的大脑、发展学生的实验技能的基础上，充分认识化学知识的作用和价值，进一步提升学生的科学观念和科学素养。

参考文献：

[1]叶永谦，张贤金，吴新建.铜与浓、稀硝酸连续反应演示实验的再改进[J].化学教学，2016，（7）：60～61.

[2]谭文生.铜与浓、稀硝酸反应实验的绿色化设计[J].化学教学，2012，（11）：45～46.

[3]周祖华.硝酸性质实验的探究[J].化学教学，2012，（10）：58～59.

作者：董军

铜与稀硝酸反应的实验设计论文篇3：

铜与浓、稀硝酸连续反应演示实验的再改进

摘要：针对铜与浓、稀硝酸的反应演示实验存在现象不够明显、装置过于复杂等不足，从药品和仪器的选择两方面进行探索，设计了一套可用于铜与浓、稀硝酸连续反应的演示装置，并介绍了实验的步骤和现象。该演示装置具有构思巧妙、简约明了、安全环保等特点。

关键词：铜与硝酸；连续反应；药品和仪器选择；演示装置设计；实验改进

铜与浓、稀硝酸反应分别生成红棕色的二氧化氮气体和无色的一氧化氮气体，因气体均有毒性，且硝酸具有腐蚀性，对于该实验的改进，一般都是从绿色化、微型化方向进行研究。但是，微型化可能由于演示装置过于微小或者现象不够明显，影响观察的效果；为了做到铜既和浓硝酸反应，又和稀硝酸反应，并保证安全环保，装置设计往往过于复杂。本改进实验通过使用固体与多种液体连续反应制备气体演示装置，进行铜与浓、稀硝酸的连续反应，使该实验操作简单、现象明显、安全环保。

1 药品的选择

由于实验产生的氮氧化合物气体需吸收处理，所用到的硝酸具有腐蚀性，为了达到绿色化要求，本实验除了使用氢氧化钠溶液吸收氮氧化合物气体外，还就铜片的规格、数量，硝酸的浓度进行研究。

1.1 铜片的选择

实验室的单质铜一般有铜粉、铜箔和铜片三种，前两种由于反应太快，一般遇到浓硝酸短时间就全部溶解掉，无法再设计与稀硝酸的反应，且实验难以控制，瞬间产生大量的有毒气体无法全部处理。因此，本实验采用长3cm、宽1cm、厚0.2cm的铜片三块，保证有足够的量与浓硝酸反应后再与稀硝酸反应，且反应较温和，产生有毒气体气流平稳有利于吸收和处理。

1.2 硝酸浓度的选择

浓硝酸与铜反应若要观察到红棕色的气体，必须达到一定浓度，但是浓度太高有可能因反应过于剧烈而无法控制造成危险，产生的有毒气体也无法及时处理。同时，铜片短时间内全部溶解，无法观察到其与稀硝酸反应的现象；如果硝酸浓度不够，则无法观察到红棕色气体[1]。经过对照反应，本实验最终选择的硝酸浓度在6 mol·L-1左右，有利于控制反应平稳进行并能观察到明显现象。

2 仪器的选择

2.1 可视化、简约化角度的选择

化学学科的演示实验，不仅要为学生提供正确而有说服力的感性知识，还要激发学生学习化学的兴趣，培养学生的观察能力和思维能力，提高科学素养。为了提高演示实验的效果，设计时必须关注现象的清晰性和操作的简练性[2]，方便教师在几分钟内将实验目的、实验原理、仪器药品、操作步骤、实验结果等讲解清楚。因此，为了使学生在演示实验过程中既“看得清”又“看得懂”，仪器的选择要满足现象可视化、装置简约化的要求。佃武杰等在“铜与浓、稀硝酸反应微型实验设计”[3]一文中的装置（图1）设计巧妙，能实现铜与浓、稀硝酸反应，但在课堂演示过程中，可视度方面略显不足。张泽志等在“铜与硝酸反应的实验创新设计”[4]一文中的装置（图2），能明显对比铜与浓、稀硝酸反应的差别，但装置设计过于复杂，不利于学生直观理解实验过程。基于以上原因，不宜选用注射器、点滴管、小试管等进行仪器设计，将简单实验复杂化。

2.2 连续反应角度的选择

本实验属于块状固体与液体作用产生难溶性气体的反应，启普发生器及其简易装置也是选择的方向之一。但要使铜与浓硝酸反应后继续与稀硝酸反应，必须在反应一段时间后流出浓硝酸，再注入蒸馏水得到稀硝酸，启普发生器类装置无法实

现这个功能。因此，固体与多种液体连续反应制备气体演示装置[5]是较为合理的选择。为了防止反应产生的毒气吸收不够完全导致环境污染，在本实验装置中改装后的筒形恒压漏斗下管口处增加一个倒扣的塑料漏斗，以确保实验安全。具体实验装置如图3所示。

在上述装置中，改装的恒压漏斗是反应的发生装置，三角漏斗用于注入浓硝酸和承装反应后被压出的液体，n形弯管及外玻璃管用于导出反应产生的气体，内玻璃管及玻璃活塞1用于控制浓硝酸的流出，玻璃活塞2用于控制气体的导出，倒扣的塑料漏斗用于防止因氢氧化钠吸收氮氧气体不完全而导致毒气泄漏。

3 实验步骤与现象

3.1 铜与浓硝酸反应及二氧化氮处理

3.1.1 浓硝酸的配制

往恒压漏斗中加入铜片后，量取40mL 65%～69%浓硝酸溶解在60mL蒸馏水中稀释配制成浓度为6 mol·L-1左右的硝酸，从三角漏斗中倒入恒压漏斗至充满，关闭弯管玻璃活塞2。

3.1.2 二氧化氮的生成

铜片接触浓硝酸后，表面立即有气泡产生，溶液变浅绿色，反应较为缓慢。一段时间后，反应加快，恒压漏斗上端有红棕色气体产生，将溶液压入三角漏斗中，在液面上滴加适量植物油覆盖，防止溶液中溶有的二氧化氮气体逸出。

3.1.3 二氧化氮的吸收

观察到明显的红棕色二氧化氮气体生成后，打开弯管玻璃活塞2，三角漏斗中的液体下降。控制流速，让恒压漏斗中红棕色气体形成缓慢气流全部被氢氧化钠溶液吸收。

3.2 铜与稀硝酸反应和氮氧化合物气体处理

3.2.1 稀硝酸的配制

当恒压漏斗中红棕色气体全部被排出后，打开漏斗下方玻璃活塞1，使溶液流出，烧杯中有蓝色沉淀生成。溶液流出过程中可能伴有氮氧化合物气体，由于恒压漏斗下口浸在氢氧化钠溶液中且设计有倒扣的漏斗，可以有效吸收该气体。待溶液流出大约30mL左右，关闭玻璃活塞1，往三角漏斗中加入蒸馏水，打开弯管玻璃活塞2，使蒸馏水顺利流入并充满恒压漏斗形成浓度为4 mol·L-1左右的稀硝酸。

3.2.2 一氧化氮的生成和检验

硝酸被稀释后，溶液颜色变为浅蓝色，铜片表面气泡继续产生。一段时间后，恒压漏斗上部产生无色气体，并将溶液压入三角漏斗中。接着，打开玻璃活塞1，使恒压漏斗中稀硝酸全部流出，随着空气的进入，恒压漏斗中无色气体立即变为红棕色。通过以上现象，可以证明铜与稀硝酸反应产生的无色气体是一氧化氮。

3.2.3 有毒气体的吸收

当恒压漏斗中液体全部流出后，关闭玻璃活塞1，打开弯管玻璃活塞2，往三角漏斗中加蒸馏水，将恒压漏斗中有毒气体全部排到氢氧化钠溶液中吸收，实验完成。

4 设计亮点

通过以上设计，可以明显地观察到铜与浓硝酸反应产生红棕色气体，与稀硝酸反应产生无色气体，该无色气体遇空气后又变为红棕色气体。在有效提高实验演示的可视化程度的同时，还具有以下亮点。

4.1 构思巧妙

本实验巧妙地运用浓、稀硝酸产生二氧化氮和一氧化氮的界限进行设计，通过浓硝酸的流出和蒸馏水的加入实现硝酸浓度从6 mol·L-1到4 mol·L-1的变化，从而观察到明显的红棕色气体和无色气体，且该无色气体可再转化为红棕色气体。

4.2 简约明了

本实验所用的仪器方便易得，且价格便宜，便于推广使用。操作步骤简练，实验一气呵成，时间在7分钟左右，适合课堂上演示，使实验“看得清”和“看得懂”。

4.3 安全环保

本实验使用氢氧化钠处理有毒的气体，使用大容积外管确保毒气充分吸收，并使用植物油、倒扣的塑料漏斗防止毒气外逸。在确保实验安全的同时，有利于培养学生绿色环保的意识。