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浅析铜与硝酸反应的实验探究与拓展 长沙市第21中学 410007 邵国光 一、问题探究 [探究1]浓HNO3与Cu反应生成NO2，稀HNO3与Cu反应生成NO。浓、稀硝酸哪种氧化性强？甲认为稀HNO3的氧化性强，原因是浓HNO3和Cu反应产生NO2，氮元素的化合价降低1，而稀HNO3和Cu反应时产生NO，氮元素的化合价降低3，氮元素得电子数后者大于前者；乙认为浓HNO3的氧化性强，原因是从反应条件看，浓HNO3与Cu反应时速率快，稀HNO3与Cu反应的速率很慢，加热时才有明显反应。怎样确定哪种解释正确? 分析：根据反应：Cu + 4HNO3（浓）= Cu(NO3)2 + 2 NO2↑+ 2H2O，3Cu+8HNO3（稀）==3Cu(NO3)2+2NO+4H2O可推测浓HNO3与NO不能共存，因为反应产物是NO2，而稀HNO3和NO能共存。因此只要设计一个实验可证明浓HNO3能氧化NO，稀HNO3不能氧化NO，就能说明浓HNO3的氧化性比稀HNO3强。方案如下： 用排水法收集两试管NO气体，用胶塞塞好，然后用注射器向一支试管中注入一定量的浓HNO3，另一支试管里注入一定量的稀HNO3，看哪种酸能将NO氧化成红棕色的NO2。能将NO氧化成红棕色NO2的酸氧化性强。化学方程式为：2HNO3+NO===3NO2+H2O [探究2]铜和浓硝酸反应生成红棕色NO2气体，铜和稀硝酸反应生成无色的NO气体，这是新人教版普通高中课程标准实验教科书《化学》必修1第102面的提法。在学生做这两个实验时，发现了两个有趣现象：（1）铜和稀硝酸反应应生成无色的NO气体，但NO的生成实验，现象不太明显，气体颜色还是红棕色，对照性不强。（2）分别将等质量的铜片与等体积均过量的浓硝酸、稀硝酸反应,所得到的溶液前者呈绿色,后者呈蓝色。在此可设计两个极好的探究题材给学生讨论：（一）、为什么铜和稀硝酸反应看不到无色的NO气体？怎样改进实验才能看到？（二）、为什么铜和浓HNO3反应所得到的溶液呈绿色？提议要学生猜想，并为每个猜想进行实验探究。 分析：（一）可提出如下问题让学生思考：①是什么原因引起现象不明显呢？（NO遇O2立即变色。装置中存在空气，造成干扰。）②怎样解决？（清除装置系统中的空气。常见的清除空气的方法有两种：①用“惰性”气体驱赶；②用液体驱赶。）③设计方案：经学生分组讨论，各组均设计了一套方案，其中较好的方案有如图1和图2所示。 操作和现象：方案一（如图1）先将Cu丝上提，打开漏斗活塞，往烧瓶中加入稀HNO3至液体占烧瓶容积的一半左右。待（II）中澄清石灰水变浑浊，把Cu丝插入稀HNO3中。观察到Cu丝上产生无色气泡，溶液变蓝，（I）中气体无色，过一会儿，（II）中a管出口处有明显的红棕色气体。 图1 图2 方案二（如图2），先按图装好U形管左边的带Cu丝的漏斗，打开b、c，从U形管右口注入稀HNO3到与活塞b处平齐，关闭b。右口塞上带导管的胶塞，并在U型管左边微热，一段时间后，Cu丝与液面分离。再轻启活塞b，观察。在此过程中，Cu丝上会产生大量无色气泡，气体将液面压下，某时刻后Cu丝与液面分离，右端液体被压入烧杯中，左端可观察到无色气体。轻启活塞b，在漏斗中可看到明显的红棕色现象。 实验结论：Cu与稀HNO3反应产生无色NO，NO不溶于水，也不和碱反应。 对（二）可启发学生猜想，然后进行实验探究。 猜想一、可能是Cu2+的浓度不同造成的。 分组实验与现象： 组 m（Cu）/g 硝酸（过量） 现象 A 1 浓HNO3(4mL) 溶液为绿色,试管内有红棕色气体 1 稀HNO3(4mL) 溶液为蓝色,试管口有红棕色气体 B 0.5 浓HNO3(4mL) 溶液为绿色,试管内有红棕色气体 1 稀HNO3(4mL) 溶液为蓝色,试管口有红棕色气体 C 2 浓HNO3(4mL) 溶液为绿色,试管内有红棕色气体 1 稀HNO3(4mL) 溶液为蓝色,试管口有红棕色气体 在上面的三组实验中提供的硝酸的体积均一样，仅仅是铜的质量不相同。A组中，铜的质量相同，即反应后溶液中Cu2+的浓度相同，而浓硝酸反应后溶液为绿色，稀硝酸为蓝色；B组中，与浓硝酸反应的铜的质量要小一些，即反应后Cu2+浓度低一些，然而溶液仍然为绿色；C组中Cu2+的浓度大，溶液仍然是绿色。可见，Cu(NO3)2溶液为绿色不是由Cu2+浓度引起的。 猜想二、可能是硝酸铜溶于浓硝酸引起的。 将Cu(NO3)2晶体溶于浓硝酸，溶液仍然为蓝色。可见此假设不成立 猜想三、可能是温度不同引起的 方案1：将绿色的Cu(NO3)2溶液加热。溶液仍然为绿色，且在试管中产生大量的红棕色气体。原因是在加热的时候，浓