铜与稀硝酸反应制取一氧化氮实验装置的改进
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一、问题的提出
旧教材中是直接在放有铜片的试管里加入少量稀硝酸来完成的。
2003年人教版新教材有了改变：试管中加入铜片，再加入少量稀硝酸，立即用带导管的胶塞塞住试管口，并将导管通入另一盛有NaOH溶液的试管，观察现象。片刻后将胶塞取下，让空气进入，再观察现象。
2007年人教版新教材对实验装置进行了改进：在试管中放入一小块铜片，加入少量稀硝酸，立即用透明塑料袋将试管口罩上并系紧，观察发生的现象。然后将塑料袋稍稍松开一会儿，使空气进入塑料袋，再将塑料袋系紧，观察发生的现象。
2009年江苏版新教材又有了改变：先将铜片置于试管底部，通过分液漏斗加入2 mL浓硝酸，将产生的气体通入倒置于水槽里充满水的集气瓶中，观察实验现象。然后再向分液漏斗中加入5 mL水，稀释硝酸，继续收集产生的气体，观察实验现象。
这几套演示实验装置存在一些相同的弊端：
1.在实验开始前试管中就有大量空气，所以反应所产生的NO马上会被氧化成NO2，对观察无色的NO气体产生严重的干扰。
2.隔绝空气后收集到的NO很难再与空气接触，无法顺利看到纯净无色的NO与氧气反应生成红棕色的NO2现象。
3.实验完毕后，无法使反应立即停止，一旦铜片和稀硝酸反应产生的NO过多，会使其向空气中逸散，污染空气。
因此，对实验装置的改进设计应有如下的几个要点：
1.反应开始前装置中没有空气。
2.铜与稀硝酸反应能自动停止，防止NO过多。
3.反应后，能有效地通入空气，证明铜怀稀硝酸反应生成NO；同时还要防止NO及生成的NO2逸散到空气中。
针对以上问题，大多数改进实验的装置设计都较为复杂，不太适合课堂教学。以下是我的改进实验装置，不仅装置简单，而且实验现象非常明显。
二、实验装置的改进
方案一：可使反应在隔绝空气的条件下进行，实验步骤如下，装置如图：
1.取一支分液漏斗置于铁圈上。
2.向分液漏斗中加入稀硝酸，至液面离漏斗口1厘米左右（目的是不仅可避免塞胶塞时酸液外溢，又可防止空气残留）。
3.塞上带长颈漏斗的胶塞（事先捆上细铜丝），这时分液漏斗里缓慢发生反应，产生的气体压强加大使液体被缓慢地压到长颈漏斗中，直至铜丝与稀硝酸脱离接触，反应即自行停止。
4.打开分液漏斗的下塞，液体逐渐流入烧杯中，长颈漏斗中的液体也一起流下，使分液漏斗中的气体压强减小，空气被快速吸入分液漏斗中，使NO被氧化为NO2。
方案二：可以通入与NO不反应的气体如CO2，赶尽装置中的空气。
用如图装置进行实验，实验步骤为：先向试管中加入一定量的碳酸钙固体，再向试管中加入过量的稀硝酸，并迅速盖上带铜丝和导管的橡皮塞，待反应完全后，将导管插入试管内接近液面，再将铜丝插入到溶液中，此时可看到铜与稀硝酸反应产生无色NO气体（如反应不明显，可稍加热），用注射器向试管内推入氧气，可看到无色NO气体变成红棕色的NO2气体。
方案三：可以用液体赶尽装置中的空气，实验步骤如下，装置如图：
1.分液漏斗活塞打开，从U型管的长管口注入稀硝酸一直注到分液漏斗的活塞处为止。
2.关闭活塞，此时可看到有气体生成（如反应不明显可放在热水浴中稍加热）。
3.当产生的NO气体将稀硝酸排入长管内，使铜丝与稀硝酸脱离后反应会自动停止，在U型管的短管内可观察到无色的NO气体。
4.如果将活塞慢慢打开，U型管长管中的稀硝酸又回落到短管内，分液漏斗中有红棕色的气体生成。
方案一 方案二 方案三
方案四：反应放在注射器内进行，反应前利用注射器的活塞赶尽装置中的空气。
实验步骤为：先把铜片放入注射器内，然后把注射器的活塞向内压，即利用注射器的活塞赶走容器中的空气。然后抽取一定量的稀硝酸，并用橡皮堵住针尖。待反应开始，随着气体的产生，活塞自动向外。能清楚地看到无色的NO气体（如反应速率慢，可把注射器放在热水中稍加热）。把橡皮去掉，抽取一定量的空气，又能明显地看到有红棕色的NO2生成。反应完成后，把注射器里的气体和液体全部压入氢氧化钠溶液中。
方案五：可以通入与NO不反应的气体如CO2赶尽装置中的空气。实验步骤如下，装置如图：
1.先检验装置的气密性。
2.向锥形瓶中加入一定量的碳酸钙固体，再从分液漏斗向其中加入适量的稀硝酸。
3.待澄清石灰水变浑浊，证明CO2气体已将装置内空气排尽后，关闭止水夹K。
4.将铜丝插入稀硝酸中（如反应缓慢可稍稍加热），反应片刻后待NO气体进入烧瓶后，由注射器（事先抽入一定量空气）向烧瓶内注入空气，可看到无色的NO气体转变为红棕色的NO2气体。
三、总结
这几套装置都能很好地杜绝生成的NO迅速与空气接触而使生成NO的现象无法看到，而且还能很好地防止污染空气，不失为平时课堂演示实验和实验室学生分组实验的良好选择。
（作者单位 河北省唐山市第二中学）