铜与稀硝酸反应的实验设计论文

铜与稀硝酸反应的实验设计论文

一、主要仪器药品

1.仪器或材料。

铁架台(附有铁夹)、烧杯、橡胶塞(两个)、止水夹、带有控制器的医用输液管、尖嘴导管、乳胶管、一次性手套。

2.药品。

铜丝、碳棒、稀硝酸(68%浓硝酸与水体积比为1∶2.2)、4mol/LNaOH溶液、蒸馏水。

二、实验装置及相关说明

(1)夹持器具已省去。

(2)铜丝缠绕在碳棒上,增大反应速率。

(3)尖嘴导管可减少硝酸的挥发。

(4)为避免稀硝酸氧化橡胶塞,橡胶塞外层应均匀涂上石蜡。

(5)为避免左侧插入橡胶塞时稀硝酸溢出,实验前需用蒸馏水尝试确定加入稀硝酸的用量。

三、实验步骤和现象

1.组装好仪器,向烧杯中加入蒸馏水,使医用输液管伸入其中并打开输液管控制器,将二口管上方两个口分别用插有铜丝的橡胶塞和插有尖嘴玻璃管(关闭止水夹)的橡胶塞塞紧,双手握住二口管,烧杯中出现气泡,松开手后在输液管中回流形成一段水柱,由此说明气密性良好。

2.将烧杯中的蒸馏水换为4mol/LNaOH溶液,关闭输液管控制器,打开尖嘴玻璃管上方的止水夹,移去左侧管上方的橡胶塞,向二口管中注入稀硝酸至接近左侧管管口(事先已用蒸馏水确定液面位置),将插有铜丝的活塞塞紧左侧管口,此时橡皮塞紧贴液面并排尽空气,右侧液面明显上升但不会溢出。

3.铜丝接触稀硝酸立即产生气体并使溶液逐渐呈淡蓝色,左侧管液面上方迅速持续产生无色气体,一段时间后形成无色气柱。

4.打开输液管控制器并控制流速,使二口管中的液体缓慢流下,此时明显看到烧杯中逐渐产生蓝色沉淀,两侧液面均逐渐下降,直至铜丝脱离液体,反应停止,二口管右侧空气经过溶液进入左侧,待冒出3~4个气泡后,迅速关闭右侧管尖嘴导管上方的止水夹,明显观察到二口管内左侧气体颜色变为红棕色。

5.在通风橱中,将输液管控制器完全打开,利用烧杯中的氢氧化钠溶液充分吸收实验过程中产生的废液和废气。

四、实验设计特点

1.可行。

将一氧化氮的制备和性质验证实验进行一体化设计,无色一氧化氮遇到无色的空气转化为红棕色二氧化氮,两侧气体颜色差异对比鲜明。

2.绿色。

考虑到装置压强平衡,氮氧化物在气密性良好的密封体系中产生,整个实验过程无有毒气体逸出,废气和废液最终可被氢氧化钠溶液吸收。

3.快速。

将铜丝以螺旋状缠绕在碳棒上,构成原电池,进一步增大反应速率,保证快速形成无色气柱。

4.可控。

不需要抽动铜丝,而是通过液面下降使得固液分离,停止反应,避免在实验过程中抽动铜丝而可能导致的有毒气体泄漏。

5.创新。

充分发挥二口连接管构造的特点,克服U形管两端等长的不足,左侧管可以实现无空气氛围,右侧管可以平衡压强,右侧管比左侧管长则保证了液体不会溢出。

6.实用。

整套装置简洁明了,仪器可重复使用,实验再现性好,成功率高,有利于激励师生养成钻研仪器构造、开展创新实验的研究态度。

作者:田益民 张宏林 丁萍 单位:江苏省姜堰中学