铜与浓硝酸反应实验的绿色化设计

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铜与浓硝酸反应的实验是苏教版高中化学教材必修1中的一个重要演示实验。但根据课本中的实验操作，存在以下缺点：（1）由于采用排水法，因此无法收集到NO2气体。（2）反应结束后，装置里的多余的气体无法处理，一旦取下橡皮塞，会导致NO2气体外溢造成环境污染。（3）铜片浸在浓硝酸中不能控制反应的速率，而且产生的气体量较大，浪费药品，不能实现实验的绿色化。所以，我们通过多次的实验与探究，对该实验进行了如下的绿色化设计。

一、实验设计目的

（1）改进铜与浓硝酸反应的实验装置。

（2）探究铜与浓硝酸反应产物。

二、实验原理

Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2+ 2H2O

2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O

NaOH + HNO3(浓) = NaNO3 + H2O

三、实验仪器及用品

（1）实验仪器：铁架台、注射器、试管。

（2）实验用品：铜丝、NaOH溶液、浓硝酸。

四、实验装置图（铁架台略）

实验装置如图 1所示：

五、实验步骤

（1） 按图1连接装置，将两支注射器和铜丝插入橡胶塞，其中一支注射器中加入氢氧化钠溶液，铜丝的下端绕成螺旋状，铜丝插入的长度以触到试管底部为准。

（2）将5毫升浓硝酸加到试管中，并且将试管固定到铁架台上。

（3）将带有铜丝和注射器的橡胶塞迅速塞到试管上。当铜丝与浓硝酸接触后会迅速产生红棕色的NO2气体，此时试管中压强马上增大，导致图1中右边注射器活塞向上移动，平衡体系的压强。

（4）当看到明显现象后，迅速将铜丝上拉，以停止反应。

（5）反应结束后，将图1左边注射器中的氢氧化钠溶液注入到试管中，以达到吸收尾气和反应酸液的目的。

六、装置改进的意义及优点

（1）实验操作简单，且实验现象非常明显。

（2）实验便于控制，只要将铜丝上拉，实验便可停止，不仅节约了材料和药品，而且操作安全。

（3）尾气处理在密闭的体系内进行，不会造成环境污染，实现了实验的绿色化。

（4）右边注射器还可以作为NO2气体的收集装置，克服了原装置中无法收集NO2气体的缺点。

（温州大学化学与材料工程学院）