铜与硝酸反应实验的质疑和探究

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文章编号:1005-6629(2010)05-0015-02 中图分类号:G633.8 文献标识码:C

人教版高二化学课本第一章第三节“硝酸”中有一验证硝酸的氧化性的实验:铜与硝酸的反应,实验装置如图1所示。

实验操作:在两支试管中各放入一小块铜片,分别加入少量浓硝酸和稀硝酸,立即用带导管的活塞塞紧试管口,并将导管通入另一盛有NaOH溶液的试管中,观察发生的现象。反应片刻后将加稀硝酸的试管上的活塞取下,使空气进入试管,观察发生的现象。

预期实验现象:加入浓硝酸的试管中,铜片溶解,较快产生红棕色气体,溶液逐渐变蓝;加入稀硝酸的试管中,铜片溶解,缓慢产生无色气体,溶液逐渐变蓝,当空气进入试管后,试管上部的无色气体变为红棕色。

本实验的目的是要通过以上“预期实验现象”验证浓硝酸与铜反应生成Cu(N03)2与NO2; 稀硝酸与铜反应生成Cu(NO3)2与NO, NO遇空气生成NO2。

在实际实验中学生观察到稀硝酸与铜反应后的溶液的确呈蓝色,但浓硝酸与铜反应后的溶液却呈绿色。课堂上,针对这种现象学生提出了质疑,顺着学生的疑问,我鼓励、引导学生进行了广泛讨论,学生提出了许多假设,最终归纳成两种不同意见:一种认为是Cu2+浓度差异造成的。另一种意见是:溶液呈绿色是Cu2+与NO2混合的结果。

为了证实上述观点,学生进一步设计实验进行了探究。

持第一种意见的同学设计的实验及观察到的现象:(1)取适量Cu(NO3)2固体于小烧杯中, 加适量水使部分会固体溶解。 (2)过滤(1)所得的混合物得Cu(NO3)2饱和溶液,观察到Cu(NO3)2饱和溶液呈蓝色。(3)将(2)所得饱和溶液分成两等份于两只试管中,向其中一支试管中慢慢加水稀释,并与另一支试管中的原饱和溶液比较颜色,可观察到稀释过程中溶液颜色一直为蓝色。

结论:验证了铜与浓、稀硝酸反应溶液颜色不同并不是Cu2+浓度差异引起的。

持第二种意见的同学设计的实验及观察到的现象:(1)取一支具支试管,支管上紧系一个气球(如图2所示)。(2)取少量浓硝酸与铜反应的绿色溶液置于此装置中,立即用橡胶塞塞紧试管口。(3)用酒精灯加热试管,观察到绿色溶液受热时,试管中液面上出现棕色气体,气球慢慢膨胀,绿色溶液变成了蓝色。(4)撤去酒精灯,等溶液冷却后观察到鼓起的气球慢慢变瘪,溶液的颜色又从蓝色变为绿色。

结论:验证了第二种观点是正确的:因浓硝酸浓度大,氧化性强,反应快,生成的NO2气体部分溶解在溶液中,与生成的Cu2+形成绿色溶液(NO2溶于浓硝酸会呈黄色)。

另外,采用图1装置进行稀硝酸与铜的反应时,不易观察到有无色的NO气体产生,学生对此产生质疑:Cu与浓、稀HNO3反应还原产物究竟是什么气体?学生再一次展开了讨论,大多数同学的观点是:由于试管内的空气不易排出,生成的NO溢出液面立即被氧化成红棕色的NO2,导致观察不到有无色气体产生。另有少数学生认为:Cu与浓、稀HNO3反应产物相同, 都是 Cu(NO3)2与NO2,不同的是稀硝酸与铜反应比较缓慢。为此,在老师指导下学生对实验装置进行了改进(如图3),采用改进后的装置进行实验,达到了较理想的效果。

改进实验的操作及现象:(1)将分液漏斗的活塞打开,从J型管的长管口注入稀硝酸,一直注到液面至分液漏斗的活塞处,即左管液面上不再留有气泡为止,保证铜丝与稀硝酸接触时无空气。(2)关闭活塞,用洒精灯在J型管的短管一侧稍微加热,当铜丝上有气泡产生时立即撤灯。可观察到铜丝与稀硝酸反应生成的气体将液体压向长管,使铜丝与稀硝酸脱离接触时,反应自行停止,在J型管的短管内可观察到有无色气体。(3)再将活塞慢慢打开,可立即观察到分液漏斗内有红棕色气体出现。

由此说明,铜与浓、稀硝酸反应,还原产物分别为NO2和NO。

实验教学的目的不仅仅是为了记住知识,还要让学生学会如何发现问题,以及尝试着找到解决问题的方法。这样一来,不仅使他们能够很好地理解所学知识,还通过自己的参与将知识转化为能力。因此,上述探究实验在设计理论上很好的体现了“过程和结论都重要”的新课程理念。

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