铜与浓稀硝酸反应实验的微型化改进

课例研究教学内容教学活动设计意图教师活动学生活动——同学们经过这节课的学习，知道为什么本节课开始时我能用水去点燃酒精灯了吗？讨论，回答培养学生的思维能力那么同学们想想，如果金属钠着火，应该用什么来灭火？可以用水吗？讨论，思考培养学生的思维能力——选用的灭火器必须不含H 2O 和CO 2。

正确的灭火方法是用沙土盖灭。

用所学的知识解决生活中的问题钠与硫酸铜溶液反应初中我们学过，钠的金属活泼性顺序排在铜之前，如果将钠投入到硫酸铜溶液中，能置换出铜吗？你还会看到哪些现象呢？推测可能的现象并实验验证。

写出反应方程式。

开阔学生思维，培养学生创新能力活泼金属如钾钙钠与盐溶液或酸溶液反应时会先与溶液中的水反应生成碱和氢气，然后碱再和盐溶液或酸溶液进行第二步反应。

2Na+CuSO 4+2H 2O===Cu（OH）2+Na 2SO 4+H 2↑理解，做笔记————1、钠与水反应时的现象与钠的下列性质无关的是：A.钠的熔点低B.钠的密度小C.钠的硬度小D.有强还原性2、将少量金属钠分别投入下列物质的水溶液中，有气体放出，且溶液质量减轻的是：A.HCl　B.NaOH　C.K 2SO 4　D.CuSO 43、将一小块钠投入石蕊试液中，下列有关现象的叙述中错误的是：A.钠浮在水面上B.有气体产生C.水溶液变为红色D.钠熔成小球并在水面四处游动完成练习题巩固新知识六、板书设计钠与水的反应1.实验现象及其解释1）浮：金属钠浮在水面上→钠的密度比水小2）熔：熔成一个银白色小球→钠是银白色金属，熔点低且反应放热3）游、响：小球在水面四处游动并发出嘶嘶响声→反应剧烈，且生成气体推动小球游动4）红：溶液变红色→有碱性物质生成2.反应方程式：2Na+2H 2O===2NaOH+H 2↑七、教学特色1.创设问题情境，让学生在学习过程中，自己通过观察，发现并提出问题，使学生的思维进入兴奋状态。

学生能发现并提出问题，是求知的起始，也是教师展开教学的最好开端，因此在本节课教学中通过一个新颖的实验引入，为学生创设了通过观察自己提出问题的情境，充分发挥了学生学习的主动性。

铜与浓、稀硝酸反应实验的改进
在讲铜与浓HNO3反应时，课本上装置很难做到NO2不泄露，会对环境产生严重污染，而做铜与稀HNO3反应时，又不能很好的检验生成的NO。

为了做好演示实验，经过实验，笔者进行了如下改进：
一、药品
铜丝、浓硝酸、稀硝酸、NaOH溶液
二、仪器
带支管的试管、软木塞、乳胶管、90°角的导管、普通试管、直径1.5厘米的微型U型管、启普发生器上的活塞、微型试管
三、装置
（一）铜与浓HNO3装置
一支带支管的试管，上配一软木塞，木塞上插一根铜丝（可上下抽动），支管处由乳胶管连接一弯90°角的导管，使其伸入一个装有NaOH溶液的试管中。

附图（一）（略去铁架台）
（二）铜与稀HNO3装置
一支直径1.5厘米的微型U型管，一端用木塞塞住，另一端塞单孔塞，塞上插一铜丝，单孔塞接一启普发生器上的活塞，活塞另一端接微型试管。

附图（二）
四、操作
Cu与浓HNO3的反应：向试管中倒入NaOH溶液，把插有铜丝的木塞塞上，并把导管伸入NaOH溶液中。

演示完毕，把铜丝往上抽，使铜丝与溶液脱离接触，反应自行停止。

Cu与稀HNO3的反应：先按图搭好装置。

拔下单孔塞，向左边已塞有木塞的U型管中加入稀HNO3至近管口，使U型管稍朝右倾斜。

塞上插有铜丝的单孔塞（注意此时启普发生器活塞关闭），反应开始，有无色气体生成，2分钟后打开上面活塞，使生成NO进入小试管中，将看到小试管中有明显的红棕色。

五、优点
反应现象明显，无污染，装置（一）可控制反应随时进行随时停止，装置（二）微型化，对生成有毒气体的实验很适用。

铜与浓、稀硝酸反应微型实验的改进作者：叶启凤衷明华来源：《课程教育研究·学法教法研究》2016年第13期【中图分类号】G642.3 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）13-0-01一、实验原理Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O3NO2+H2O=2HNO3+NO↑3Cu+8HNO3（稀）=3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O2NO+O2=2NO2二、实验改进1.实验用品微型实验仪器：5ml注射器、具支试管、直角形通气管、橡胶管各两支，固定夹、烧杯各一个、橡胶塞3个。

试剂及用品：浓硝酸、蒸馏水、铜片、氢氧化钠溶液。

2.实验装置改进后的实验装置如附图所示。

3.实验步骤（1）检查装置气密性。

（2）向1号具支试管中装入一小片铜片，用套有胶塞的5ml注射器吸取一定量的浓硝酸，将胶塞塞紧到1号具支试管中，在2号具支试管（长9.5cm，直径1cm）注入离管底约4.6cm的蒸馏水，同时用橡胶管把1号具支试管和a号直角形通气管连接，将直角形通气管的另一端塞入胶塞，将胶塞塞紧到2号具支试管中，并用橡胶管把2号具支试管和b号直角形通气管连接，将b号直角形通气管另一端插入装有一定量氢氧化钠溶液的烧杯中，作尾气处理装置。

（3）缓慢挤压装有浓硝酸的注射器，使铜片与浓硝酸发生反应，可观察到2号具支试管中有气泡产生，烧杯中也有气泡产生，且a号直角形通气管的气体颜色由红棕色慢慢变浅，直至无色，且烧杯中没有气泡产生，表明生成的二氧化氮已与水充分反应，且未反应的二氧化氮已被氢氧化钠溶液吸收。

（4）拔去a号直角形通气管与套在其上的胶塞，用固定夹夹住F点，往2号具支试管中加入一小块铜片，可看到铜片慢慢溶解，并立即用套有胶塞的5ml注射器吸取少量的空气，将胶塞塞紧到2号具支试管中，缓慢挤压注射器，观察现象。

4.实验现象挤压装有浓硝酸的注射器时，可看到1号具支试管中的铜片剧烈反应，溶液由无色变成蓝绿色，产生红棕色气体，2号具支试管和烧杯中都有气泡产生，加入铜片时，马上会看到铜片慢慢溶解，缓慢挤压吸取少量空气的注射器时，2号具支试管有明显的红棕色气体产生。

铜与浓\稀硝酸反应演示实验的改进作者：李雪琼来源：《中学教学参考·理科版》2010年第09期人教版高中化学教科书第二册第一单元第三节铜与硝酸反应的演示实验是在试管里各放入一小块铜片,分别注入浓、稀硝酸,用导管将产生的气体通入NaOH溶液中,通过此实验说明硝酸具有强氧化性,并通过观察产生的气体颜色证明浓、稀硝酸还原产物不同。

一、改进实验的原因第一,实验现象不够明显。

铜与稀硝酸反应在试管中进行,由于试管中有空气,使产生的无色的NO气体很快被氧化为红棕色的NO2,因而在实验中很难看到NO为无色这一现象,也不便观察无色的NO遇空气变成红棕色的现象。

第二,实验的严密性不够。

因为试管中有空气,不能由观察到红棕色气体的产生,就直接断定浓硝酸的还原产物一定是NO2。

第三,尾气处理不够彻底。

铜与浓硝酸反应结束后,NO2气体不能完全排出,残留在试管中,拆卸装置时这些气体就会弥漫在实验场所中。

在铜与稀硝酸反应的演示实验中,要求将胶塞打开,观察NO全部转变为NO2的现象,这样NO、NO2气体就直接排放于实验场所。

这些气体严重影响着师生的身体健康,不符合绿色化学实验的要求。

二、实验改进的思路第一,用CO2排尽装置内的气体,使铜和浓、稀硝酸的反应都在无氧气的条件下进行,防止O2对实验现象的干扰。

第二,为防止NO、NO2对环境的污染,采用密闭体系实验。

铜和浓硝酸反应后,用CO2将装置内的NO2全部排出,用NaOH溶液吸收;铜和稀硝酸反应后,往装置中通入O2,可以看到无色气体变成红棕色气体的明显现象。

同时,不断通入的O2可以将NO全部转化为NO2并排到NaOH 溶液中。

实验中NO、NO2没有散逸到空气中,符合环保要求。

三、改进后的实验1.实验装置图2.实验仪器和药品(1)仪器:具支试管(1支)、250mL分液漏斗(2个)、长颈漏斗(1个)、锥形瓶(2个)、250mL烧杯(1个),弹簧夹(3个)、橡胶导管、玻璃导管、铁架台,玻璃棒等。

浓稀硝酸与铜反应的实验改进思路及方案实验目的：观察浓稀硝酸与铜反应，了解其化学性质，并能够对实验进行改进，提高实验效果。

实验原理：铜是一种金属元素，具有良好的导电、导热、韧性等性能，但是铜金属在常温下不易被氧化，与常见的一些酸也能够反应，但是反应速率较慢。

在实验中，浓稀硝酸与铜反应的化学反应式如下：Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O实验步骤：1. 实验前准备a) 准备所需试剂和设备：铜片、浓硝酸、稀硝酸、烧杯、滴管、玻璃棒等。

b) 洗手并戴好实验手套，穿戴实验服。

c) 用超纯水进行清洗操作区域，并使用60%乙醇喷射杀菌。

2. 实验操作a) 取一片铜片，用砂纸擦拭表面，将其放入烧杯中。

b) 加入15mL浓硝酸，将烧杯放在热板上进行加热，保持在65-70℃的恒定温度下反应15分钟。

c) 取出烧杯，使其自然冷却。

d) 将残液浓缩至5-6mL，加入10mL稀硝酸。

e) 将产生的气体与铜溶液分离出来，用滤纸进行过滤，收集产物。

3. 实验结果实验中，我们可以观察到铜片在加入浓硝酸中后逐渐产生气泡，反应产物为淡蓝色的铜(II)硝酸盐。

实验改进：虽然以上实验过程能够得到预期的实验结果，但是我们仍然可以对实验过程进行改进，以提高实验效果。

1. 热板调整：在实验中，铜片和硝酸混合后在热板上进行加热，但是在实际操作中，铜片与热板的接触面积很小，热量传导不够充分。

我们可以调整热板，使得热量更加均匀地传导到铜片上，提高反应速率。

2. 活化铜片：铜片的表面通常被氧化层包裹，影响了铜片与硝酸的反应速率。

我们可以事先将铜片进行活化处理，使表面氧化层被去除，以便于反应的进行。

3. 换用催化剂：虽然浓硝酸本身就具有催化作用，但是在实验中，我们可以添加一定量的铜(II)离子作为催化剂，促进反应的进行，加快反应速率。

4. 改进的实验步骤：a) 准备所需试剂和设备，并按照规范穿戴实验服、戴上手套和护目镜。

铜与硝酸反应实验的研究与改进按传统方法进行铜与浓硝酸及铜与稀硝酸反应的实验，存在如下缺点：氮的氧化物逸出会污染教室里的空气，影响师生健康；铜与稀硝酸反应所产生的一氧化氮气体遇空气立即变成二氧化氮，得不到纯净无色气体。

为此，对该实验做了如下改进：(一)铜与硝酸反应实验改进方法一1、实验用品铁架台、U形管、长颈漏斗、试管、单孔塞、导管、止水夹、白纸；铜丝、浓硝酸、稀硝酸。

2、实验装置（图1）图13、实验操作（1）浓硝酸与铜反应a拨下U形管两端的塞子，向U形管中注入浓硝酸，液面距管口8mm(以能浸没即将插入铜丝为宜)，左侧插入带长颈漏斗的塞子。

b向U形管右侧迅速插入下端悬有螺旋状铜丝的塞子(导气管用止水夹夹住)，即发生剧烈反应。

反应产生的红棕色气体将U形管右侧管内酸液压入左侧长颈漏斗中，酸与铜丝分离，反应停止。

反应生成的绿色溶液、红棕色气体与白纸板形成鲜明的对照。

（2）稀硝酸与铜反应a将上述反应中的浓硝酸换为1:1.5的稀硝酸，反应较缓慢，生成蓝色溶液及无色气体。

b打开止水夹，将无色气体导入后面衬着白纸的洁净试管内，可观察到无色气体变为红棕色，然后用橡胶塞塞住试管口，以免二氧化氮扩散到空气中。

4、注意事项（1）铜丝为螺旋状(长4cm)，以增大接触面积。

（2）稀硝酸以1:1.5为最好，且不需要加热，反应lmin内即可完成。

（二）铜与硝酸反应实验改进方法二1、实验用品仪器：A、B为相同型号的具支试管和普通试管,C为20 mL塑料注射器,内装10 mL饱和氢氧化钠溶液,D为20 mL玻璃注射器,内装10 mL空气。

药品：铜丝、浓硝酸、水、饱和氢氧化钠溶液。

2、实验装置（图2）图23、操作及实验现象（1）向具支试管中加入1mL-2mL浓硝酸,当红棕色二氧化氮升至将近支管口2cm处时向上将铜丝刚好提离浓硝酸液面,此时,铜丝上沾的少许浓硝酸继续与之反应产生的二氧化氮刚好充满具支试管,立即关闭止水夹,已观察到铜与浓硝酸反应的全部现象。

课例研究积极性）（1）100；（2）0.25；（3）0；（4）－4；通过以上设计，能够使学生掌握平方根的概念，运用平方根概念进行计算，突出了本课时的重点，又能使学生知道平方根与算术平方根的区别与联系，从而突破本节课的难点.4.“掌握”的目标达成需要实施的步骤“运用”在《新课标准（2011版）》中的含义：综合使用已掌握的对象，选择或创造适当的方法解决问题。

从“运用”的含义来看，要达成“运用”的目标，在教学设计时，大致可设计以下操作步骤：第一步：设计问题巩固已掌握的对象（知识）第二步：设计能够用已掌握的对象进行解决的问题第三步：将问题转化为数学模型第四步：选择和创造适当的方法第五步：运用选择和创造的方法解决数学问题第六步：通过解决数学问题完成实际问题的解决.下面以第18章第1节《勾股定理》第2课时为例加以说明：在这一课时中明确了教学的目标是：“运用勾股定理解决一些简单的实际问题”，为达成这一目标，根据“运用”的含义，在进行“勾股定理的运用”教学时可作如下教学设计：第一步：设计问题巩固已掌握的对象（知识）填空题（1）在Rt △ABC，∠C=90°，a=8，b=15，则c=________。

（2）在Rt △ABC，∠B=90°，a=3，b=4，则c=________。

（3）在Rt △ABC，∠C=90°，c=10，a：b=3：4，则a=________，b=________。

（设计意图：利用学生已有的勾股定理和直角三角形的相关知识，创设问题情景，有针对性地引导学生练习，复习巩固勾股定理，为学生学习勾股定理在实际生活中的应用做铺垫）第二步：设计能够用已掌握的对象进行解决的问题问题（教材P66页探究1）一个门框的尺寸如图1所示，一块长3m，宽2.2m 的薄木版能否从门框内通过?为什么?第三步：将问题转化为数学模型问题分析：（1）将实际问题转化为数学问题：薄木版转化为长3m，宽2.2m 的长方形（如图2），门框转化为长2m，宽1m 的长方形（如图1）.（2）在实际问题向数学问题的转化过程中，注意勾股定理的使用条件，即门框为四个角都是直角的长方形。

铜与浓、稀硝酸反应实验的改进
作者/收集者：黑龙江省哈尔滨电力职业技术学院胡绮凤/黑龙江省大庆第十三中学白晓红1．原实验存在的问题
高中现行教科书关于铜与浓、稀硝酸反应的实验中存在的主要问题是：由于铜与浓硝酸反应的速率较快，致使教师来不及罩上塑料袋而导致生成的二氧化氮气体外逸，污染环境。

即使能够罩上，在罩的过程中也会手忙脚乱，学生的注意力会集中在教师怎样罩塑料袋，而忽视了试管中的反应现象，使实验失去了作用。

2．改进方法
实验前，准备好与试管配套的事先已系上塑料袋的带导管的胶塞。

实验时，向盛有铜片的试管中加入浓、稀硝酸后，立即塞上上述已准备好的胶塞（如图1所示），可观察到铜片与浓、稀硝酸反应的现象，生成的气体进入塑料袋。

以上改进操作简单，克服了原实验存在的不足。

2017年12月铜与浓、稀硝酸反应的实验改进183铜与浓、稀硝酸反应的实验改进林璇卓佳莹(韩山师范学院化学系，广东潮州521041)摘要:本实验选自人教版高中化学必修1，由于铜与浓、稀硝酸反应的实验具有一定 的危险性，所以课本只给出了反应的化学方程式。

为了让学生更好地理解掌握反应的现 象以及反应产物，本实验对微型实验进行改进，在同一装置中进行铜与浓、稀硝酸反应，既 可以明显观察实验现象又可以对反应产物进行对比。

而且本实验可控制反应的发生与停 止，且化学药品用量很少，避免浪费药品，体现了绿色化学的思想。

关键词:铜与浓、稀硝酸反应改进绿色化学一、 实验目的1.利用蒸馈水吸收铜与浓硝酸反应生成二氧化氮后形成的稀硝酸，进行铜与浓、稀硝酸反应实验现象及 反应产物的对比,使学生更好地理解不同浓度的硝酸 氧化性不同。

2.铜与浓、稀硝酸的一体化实验中，用氢氧化钠吸 收尾气，防止空气污染，培养学生要进行尾气处理的意 识，增强学生的环保意识。

二、 实验原理C u +4HN 03d g )^=Cu (N 03)2 +2N 02 T +21^03N 02 + H 20 ^=2HN 〇3 + NO t3C u +8HN 03^=3Cu (N 03)2+N 〇t +4H 20 2N 0 + 02^=2N 02三、 改进实验1、 实验仪器及实验用品仪器:操作台，具支试管、V 形侧泡反应管、多用滴管、橡胶管。

用品:铜丝、浓硝酸、NaOH 溶液、水。

2、 实验装置图1、按实验装置图，组装好实验仪器，并检查气密 性。

2.在具支试管里面加人浓硝酸，在具支试管的塞子插人一条铜丝;然后往V 形侧泡反应管的V 形凹槽 中加人蒸馏水和铜丝，往V 形侧泡反应管的第二、三个 凹槽加人氢氧化钠溶液。

将铜丝往下插使其与浓硝酸 反应，产生红棕色气体为二氧化氮;溶液由无色变为蓝绿色，生成硝酸铜，反应方程式为：Cu +4HN 03(|g )^=Cu (N 〇3)2+2N 02 T + 1^0^手触摸试管底部烫手，可知反应是放热反应。

铜与稀硝酸反应实验的改进
标题，改进铜与稀硝酸反应实验的方法。

铜与稀硝酸的反应是化学实验中常见的实验之一，它展示了金
属与酸发生反应的过程。

然而，传统的铜与稀硝酸反应实验存在一
些问题，比如反应速度慢、产生的气体不易观察等。

为了改进这一
实验，我们可以采取一些方法来提高实验的效果和观察性，使学生
更好地理解化学反应的过程。

首先，我们可以改变反应条件，例如增加反应温度。

在实验中，可以使用加热器或者加热板来提高反应温度，这样可以加快反应速度，使反应更加明显。

另外，可以使用浓硝酸来代替稀硝酸，因为
浓硝酸对铜的腐蚀作用更强，反应更加迅速。

其次，我们可以改变观察方式，使产生的气体更易观察。

可以
将反应容器与气体收集器相连接，收集产生的气体，比如可以用气
球或试管来收集气体，这样可以清楚地观察到气体的产生量和性质。

此外，我们还可以引入一些现代化的设备，比如数据记录仪或
者传感器，来实时监测反应过程中的温度变化、气体产生量等参数，
这样可以更加直观地展示反应过程。

通过这些改进，铜与稀硝酸反应实验可以更加生动地展现化学反应的过程，提高学生的观察力和实验操作能力，使学生更好地理解化学反应的原理和特点。

同时，这些改进也可以激发学生对化学实验的兴趣，促进他们对化学学科的学习和探索。

铜与浓、稀硝酸反应实验的微型化改进作者：施秀杰马学敏衷明华来源：《中学教学参考·理科版》2014年第09期一、改进目的铜与浓、稀硝酸反应演示实验是人教版高中化学必修1的重点演示实验之一，能否做好该实验直接影响到学生对硝酸强氧化性的理解和把握，从而影响对金属与浓、稀硝酸反应特点的总结。

在常规实验过程中，我认为存在以下几点不足：（1）由于铜与浓硝酸的反应程度比较剧烈，产生的有毒气体NO2容易逸散到空气中，造成严重的环境污染，危害师生身体健康，不利于课堂教学。

（2）由于不能排尽试管内的空气，铜与稀硝酸反应生成的无色NO气体极易被试管中的空气氧化成红棕色NO2气体，从而影响学生对NO颜色的观察，同时也无法演示NO转化为NO2的过程。

（3）分别使用浓、稀硝酸溶液，没有将浓硝酸转化为稀硝酸重复利用，造成不必要的药品浪费。

本研究通过对铜与浓、稀硝酸的反应进行微型实验改进，使实验更简便、更完整、更环保。

二、实验设计1.实验原理铜与浓硝酸反应生成NO2气体，溶于蒸馏水中生成稀硝酸，稀硝酸再与铜反应生成无色NO气体，NO与空气中的氧气反应生成红棕色NO2气体，其反应原理如下：三、实验步骤及实验现象（1）组装实验仪器并检查实验仪器的气密性：如图1所示组装实验仪器，在具支U形管中加入适量的蒸馏水，打开止水夹，拉动注射器，观察U形管水位的高度变化情况。

若U形管中的水位会随着注射器的拉动而产生左右液面高度差，则表示装置气密性良好。

（2）添加药品：在小试管和具支U形管中加入等质量的铜片；在具支U形管中加入适量蒸馏水（水位不可过高）；在具支U形管左侧胶塞上开一个小孔，将注射器插入小孔中（注射器已排尽针筒内空气）；在小烧杯中加入稀NaOH溶液，用于尾气吸收。

（3）开始实验：夹紧止水夹，往小试管中滴入适量的浓硝酸溶液，与小试管中的铜片剧烈反应，反应液由无色变为蓝绿色并产生大量红棕色气体，U形管外壁发烫，此时，U形管中的水位呈现左高右低。

闭合开关S ,通电一段时间后,用温度计测出煤油的末温T 3,纯净水的末温T 4㊂R 1放出的热量Q 1=I 2R 1t ,R 2放出的热量Q 2=I 2R 1t ,Q 1=Q 2㊂煤油吸收的热量为Q 1,纯净水吸收的热量Q 2,Q 吸=cmΔt 得出:c 煤油m 1(T 3-T 1)=c 水m 2(T 4-T 2)㊂水的比热容为c 水=4.2ˑ103J /(kg ㊃ħ),煤油的比热容为c 煤油=c 水m 2(T 4-T 2)m 1(T 3-T 1)㊂㊀㊀三㊁结语实验探究题并不是无源之水㊂当我们遇到困难时首先要冷静,将思维聚焦物理学科思想,找到解决物理问题的钥匙 实验原理㊁控制变量法和转换法等方法,然后发散自己的思维,综合利用所学公式和规律,寻找物理量之间的联系,最后才能顺利解答物理问题㊂一旦我们打开思维的阀门,寻找到实验探究题的命脉,不仅能提高自身的科学探究能力和科学思维品质,还能体验到 会当凌绝顶,一览众山小 的骄傲情感㊂参考文献:[1]郭玉英等著.基于学生核心素养的物理学科能力研究[M ].北京:北京师范大学出版社,2017.9.[2]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准(2011版)[S ].北京:北京师范大学出版社,2012.铜和硝酸反应的微型实验再改进谢惠春㊀李共桂㊀陈仁山摘㊀要:对文献中铜与浓㊁稀硝酸反应的微型实验进行分析和评价,结合实践,将铜和浓㊁稀硝酸反应的微型实验进行再改进,有效解决了反应进程可控㊁排除干扰㊁NO 2和NO 性质检验㊁尾气吸收等问题㊂以上改进为课堂教学提供了更加友好的解决方案㊂关键词:铜和硝酸反应;微型实验;实验再改进谢惠春,广东省广州市协和中学,讲师;李共桂,广东省广州市协和中学,助理实验师;陈仁山,广东省广州市协和中学,一级教师㊂㊀㊀一㊁实验设计背景(一)教学研究现状铜和硝酸反应 是现行人教版‘必修一㊃化学“第四章最后一节的内容[1]㊂该部分内容是落实 宏观辨识和微观探析 ㊁ 科学精神与创新意识 ㊁ 证据推理与模型认知 化学核心素养的最佳素材之一㊂课本上对该部分实验做了留白,这给老师和学生创造了探究的空间㊂但是该实验的开展情况并不乐观,老师们对该部分内容进行授课时一般采取播放实验视频和讲解为主,此举难以落实化学核心素养的养成㊂33究其原因,主要有以下几点:①实验过程不可控;②实验时会产生有害的氮氧化物气体;③铜与稀硝酸反应过慢且现象不明显㊂微型实验具有药品用量少,操作简单,反应快等优点,能有效提高课堂的效率㊂若能解决以上几个问题,改进出既适合课堂演示又能让学生参与的微型实验,则能达到一举多得的目的㊂(二)文献研究现状笔者通过查阅中国知网,收集了近3年来对该实验进行微型改进的文献㊂通过分析和比较,发现铜与硝酸反应的微型实验主要集中在于对以下几方面的改进:(1)利用U 型管改进的微型装置陈荣鑫和衷明华[2]利用U 型管作为铜与硝酸反应的容器,如图1所示㊂此装置简单,操作方便,且为密闭系统,能防止产生的氮氧化物外逸,但硝酸用量大,不能控制反应的进程,缺少气体性质检验和尾气吸收装置,且铜与稀硝酸反应时没有排除U 型管中空气的干扰,容易给学生造成误解㊂图1㊀实验装置(2)利用具支试管和V 型侧泡反应管改进的一体化装置陈柳羽和卢洁英[3]利用具支试管和V 型侧泡反应管构成浓㊁稀硝酸与铜反应的一体化装置,如图2所示㊂该装置设计新颖,集气体的性质检验㊁尾气吸收和反应进程的控制于一体,但V 型测泡反应管在中学实验室难以获得,稀硝酸浓度难以控制,也未能排除空气的干扰㊂(3)利用具支试管和U 型管改进的一体化装置郑米华[4]㊁郭旭莹等[5]和陈亚滨等[6]利用具支试管和具支U 型管构成了三套浓㊁稀硝酸图2㊀实验装置与铜反应的一体化微型装置,分别如图3㊁4㊁5所示㊂以上三套微型装置的设计都很巧妙,操作简单,并集反应进程的控制㊁氮氧化物性质检验和尾气吸收装置于一体㊂但上述三套装置仍有缺点,在做铜与稀硝酸反应时亦不能排除空气的干扰㊂图3㊀实验装置图4㊀实验装置图5㊀实验装置(4)利用具支试管和集气瓶改进的一体化装置杨香涛[7]等人利用具支试管和集气瓶构成铜与浓稀硝酸反应的一体化装置,如图6所示㊂这套装置能很好的解决反应进程㊁尾气吸收㊁NO 2和NO 性质检验等问题㊂但该装置过于复杂,实验不够微型化,课堂演示需要花费较多的时间㊂基于上述微型实验存在的不足,笔者进行43图6㊀铜与浓稀硝酸反应实验的整合了更加细致的思考㊂借鉴以上实验的优点,设计了铜和硝酸反应的微型实验装置㊂㊀㊀二㊁铜与浓㊁稀硝酸反应的微型实验改进㊀㊀(一)器材和试剂具支试管(直径1.5cm,高8cm)㊁50mL 和200mL 烧杯㊁6mL 注射器㊁针头㊁导管㊁00号胶塞㊁漏斗㊁底端绕成螺旋状的粗铜丝(直径为1.7mm)㊁6股细铜丝合并绕成螺旋状的铜丝㊀㊀㊀㊀㊀(每股直径为0.2mm)㊁15mol /L 浓硝酸㊁6mol /L 硝酸㊁6mol /L NaOH 溶液㊁5%H 2O 2㊁MnO 2㊁水㊁石蜡油㊂(二)实验装置(见图7)图7㊀浓硝酸与铜反应(三)实验步骤及现象按照图7,8a 分别连接实验装置,并检查装置的气密性㊂图8㊀稀硝酸与铜反应(a 为反应前,b 为反应时,c 为反应终止时)㊀㊀(1)浓硝酸与铜反应在图7的具支试管中加入约1mL 的浓硝酸,烧杯中加入10mL 6mol /L NaOH 溶液,注射器中装入5mL 水㊂将粗铜丝插入液面以下(因浓硝酸与铜反应比较剧烈,故本实验采用的是粗铜丝)㊂可观察到Cu 与浓硝酸迅速反应,生成大量的红棕色气体(NO 2),溶液由无色变为蓝色㊂此时立即向上拉铜丝使其脱离液面,并注射适量水,以上操作既终止了反应又能清晰的看到红棕色气体颜色逐渐褪去㊂由于具支试管中压强减小,还可以观察到烧杯中的浓氢氧化钠溶液倒吸入具支试管中㊂(2)稀硝酸与铜反应如图8a,在具支试管中加入6mol /L 稀硝酸和少量石蜡油,通过调节漏斗的高度使液体充满具支试管,塞上底部固定了细铜丝的胶塞(因稀硝酸与铜反应较缓慢,该实验采用的是由6股细铜丝合并绕成螺旋状的铜丝)㊂将具支试管倒立(如图8b),反应开始㊂可以观察到细铜丝表面有大量无色气体产生,试管中的溶液逐渐变为蓝色,同时具支试管中的液体排入漏斗中㊂2min 后,具支试管底部收集到约2mL 的无色气体,通过注射器注入收集好的O 2,可观察到无色气体逐渐变成红棕色㊂将具支试管倒转(如图8c),同时将漏斗倒扣在装有氢氧化钠溶液的烧杯中,铜丝与石蜡油接触,反应终止㊂53(四)实验结果与讨论(1)铜与浓硝酸反应装置简单,现象明显,不仅能控制反应的进程,还能集二氧化氮的性质检验和尾气吸收实验于一体㊂(2)铜与稀硝酸反应稀硝酸与铜的反应的改进:①在具支试管中加入少量的石蜡油能有效的隔离铜丝和稀硝酸接触,只需调整具支试管的位置便能控制反应的发生和终止;②利用了连通器原理来调节液面的高度,从而达到排除空气干扰的目的;③向收集了无色气体的具支试管中注入O2,无色气体转化为红棕色气体现象更加明显;④漏斗和具支试管相连不仅起到连通器调节液面的作用,在实验结束尾气处理时还起到了防倒吸的作用㊂笔者在选择有机溶剂时,借鉴了王宇浩[8]的 借助有机溶剂的铜与硝酸反应实验创新设计 ,该文中采用了苯作为有机溶剂加入硝酸的上方,溶解部分NO2㊁NO,防止外逸㊂但考虑到苯也有一定的毒性和挥发性,因此不予采用㊂本研究先后尝试了有机溶剂中密度比水小且无毒性的乙酸乙酯㊁椰子油㊁石蜡油㊂采用乙酸乙酯作为有机溶剂加入时,向收集了无色气体的具支试管中注入O2,几乎观察不到红棕色气体的产生,有可能是乙酸乙酯溶解了生成的红棕色气体(NO2)㊂使用椰子油作有机溶剂加入时,椰子油本身的颜色偏淡黄色,会影响红棕色气体的观察㊂而采用石蜡油时,则不受影响,故选择了石蜡油作为有机溶剂加入稀硝酸中㊂向收集了无色气体的具支试管中注入空气,现象不明显,改成注入O2,无色气体变为红棕色的现象则要明显得多㊂㊀㊀三㊁实验改进后的优点①装置简单㊂所需仪器普通且微型化,易于组装,适合老师课堂演示和学生参与㊂②反应可控㊂铜与浓㊁稀硝酸的反应均能随时控制反应的发生和停止㊂③现象明显㊂铜与浓稀硝酸应均能清晰观察到生成气体的颜色,并成功的进行无色气体和红棕色气体的性质检验㊂④实验更加严谨㊂铜与稀硝酸反应巧妙的利用连通器原理排除空气的干扰,使实验更加严谨㊂⑤绿色环保㊂尾气处理装置能将产生的氮氧化物除去,减少对环境的危害㊂⑥实验高效㊂4min左右能完成两个实验,为落实化学核心素养提供了素材和时间保障㊂㊀㊀四㊁实验注意事项①铜与浓硝酸反应的实验中,插入粗铜丝前,先用注射器大针头扎入胶塞,通过推拉注射器将胶塞粒冲出以减少抽拉铜丝的阻力,或者在粗铜丝上涂抹凡士林以减少阻力㊂②铜与稀硝酸反应时,则要注意利用连通器调节具支试管中的液体高度,使其充满具支试管再塞上带有细铜丝的胶塞,避免空气造成干扰㊂③无色气体的检验,用注射器注入的是O2,而不是空气,实验现象更明显㊂④铜与稀硝酸反应不加有机溶剂石蜡油也能完成实验,但无色气体转化成红棕色气体后溶于稀硝酸中,颜色很快褪去㊂若加了石蜡油,红棕色气体的颜色则能保持较长的时间㊂参考文献:[1]宋心琦.普通高中课程标准实验教科书.化学1 (必修)[M].北京:人民教育出版社,2007:102.[2]陈荣鑫,衷明华.铜与浓㊁稀硝酸反应微型实验设计[J].中学化学教学参考,2016,(20):55. [3]陈柳羽,卢洁英.铜与浓㊁稀硝酸微型实验一体化设计[J].江西化工,2017,(6):204.[4]郑米华,衷明华.铜与浓硝酸㊁稀硝酸的微型实验改进[J].中学化学教学参考,2017,(8):52.[5]郭旭莹,罗正飞,潘慧.铜与浓㊁稀硝酸反应实验装置的探究[J].中学化学教学参考,2019,(16): 53.[6]陈亚滨,衷明华.铜与浓㊁稀硝酸反应微型实验改进[J].中学化学教学参考,2018,(6):70. [7]杨香涛,阮方来.铜与浓㊁稀硝酸反应实验的整合设计[J].化学教学,2019,(10):70-72. [8]王宇浩.借助有机溶剂的铜与硝酸反应实验创新设计[J].中小学实验与装备,2017,27(5):43.63。

课例研究[结论总结]电荷守恒就是溶液中的正电荷总数等于负电荷总数，物料守恒.所谓物料守恒，就是属于原子个数守恒和质量守恒，质子守恒就是溶液中的C（H ＋）=C（OH ―），也是前面两个守恒的加和，解此类题的关键是紧抓弱酸的电离平衡和水解平衡，无论是哪个守恒，他们之间的电荷总量，原子总量，水解或者的氢原子的总数永远是定值。

考点二：涉及考查溶液中的离子共存问题典例2、下列各组中的离子，试试判断它们能否在无色酸性溶液中大量共存：A.K ＋、Ag ＋、NO 3－、Cl －B.Ba 2＋、Na ＋、CO 32－、OH－C.Mg 2＋、Ba 2＋、OH －、NO 3－D.Al 3＋、Fe 3＋、SO 42－、Cl－E.K ＋、H ＋、NH 4＋、OH－[解析]①这类问题一般要看题目里面有没有隐含条件，比如ph<7的，一般是隐含着溶液是酸性的条件，无色，一般是隐含着溶液不存在有色离子的条件，题目的条件是无色酸性溶液；②A 项中个个离子都是可以在无色酸性溶液中存在的，但是Ag ＋会与Cl －在溶液中会发生Ag ＋＋Cl －＝AgCl ↓反应，不能共存；③B 项中不止Ba 2＋会与CO 32－反应发生Ba 2＋＋CO 32－＝BaCO 3↓，CO 32－在酸性溶液中也会与H+发生反应；④同样，C 项中Mg 2＋也会与OH －反应生成沉淀，Mg 2＋＋2OH －＝Mg（OH）2↓，同时OH －会结合溶液中H +；⑤D 组中，各种离子能在溶液中大量共存，但是Fe 3＋有颜色，不符合“无色”这一条件；⑥E 组中，NH 4＋与OH －能生成难电离的弱电解质NH 3·H 2O，甚至有气体逸出。

发生反应NH 4＋＋OH －＝NH 3·H 2O 或NH 4＋＋OH －＝NH 3↑＋H 2O，而且OH －会结合溶液中H +答案：否　否　否　否　否[结论总结]解决这类问题，一开始要先审清题干的隐含条件，而应付离子共存问题一般有以下几个规律，结合生成难溶物质的离子不能共存，结合生成气体物质或易挥发性物质而不能大量共存；合生成难电离物质的离子不能大量共存；发生氧化还原反应的离子不能共存；能发生双水解反应而不能大量共存。

铜与浓、稀硝酸微型实验一体化改进装置作者：方洪妹郝桂霞衷明华来源：《课程教育研究·学法教法研究》2016年第22期【中图分类号】G642.4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）22-0-01一、改进目的铜与浓、稀硝酸反应是人教版高中化学必修1的重要知识点，也是高考的必考知识点，一般会出现在选择题中或者与选修二《化学与技术》相结合在选做题36题中进行考察，而且对学生来说硝酸的强氧化性较难以理解。

因此，我觉得课本仅仅给出两道反应方程式是不全面的，应该通过直观的实验现象帮助学生更好地理解这一性质。

笔者猜想了教编者不把这个实验编入教材的原因是：（1）由于铜与浓硝酸的反应程度比较剧烈，产生的有毒气体NO2容易逸散到空气中，造成严重的环境污染，危害師生身体健康，不利于课堂教学。

（2）由于不能排尽试管内的空气，铜与稀硝酸反应生成的无色NO气体极易被试管中的空气氧化成红棕色NO2气体，从而影响学生对NO颜色的观察，同时也无法演示NO转化为NO2的过程。

（3）分别使用浓、稀硝酸溶液，没有将浓硝酸转化为稀硝酸重复利用，造成不必要的药品浪费。

基于以上猜想，笔者对此实验进行了改进，以消除以上顾虑，方便教师在课堂上进行演示。

二、实验仪器：微型仪器一套、注射器一支、铜片、浓硝酸、稀硝酸、氢氧化钠溶液、蒸馏水。

三、改进实验装置1.按实验装置图连接好实验仪器，并检验装置的气密性2.铜与浓硝酸反应：将铜片放在具支管1中，用注射器1吸取适量浓硝酸，将注射器1的活塞推至底部，并将右端的支管口用止水夹夹住，此时铜丝与浓硝酸反应生成红棕色NO2气体，溶液刚开始呈绿色，渐渐地变为蓝色。

这是因为生成的红棕色气体与生成的蓝色硫酸铜混合在一起导致的。

随着NO2的减少，颜色逐渐恢复为硫酸铜的颜色。

3.铜与稀硝酸反应具支管1中反应产生的NO2气体通入到具支管2的蒸馏水中，与蒸馏水反应生成稀硝酸，进而稀硝酸与铜反应产生无色NO气体，具支试管内呈无色。

铜与浓稀硝酸反应实验装置改进方案
新教材中硝酸的氧化性实验存在的缺点，针对演示实验中存在的缺点，从环保、实效、实验的严密性角度和操作程度对此实验进行改进。

装置如图
稀硝酸与铜反应的实验
操作要点：在医用注射器的小针筒中事先放入少量的铜丝，慢慢地吸入适量的稀HNO 3(如图①)，用橡胶塞封住针筒，使铜丝与稀硝酸在无氧且密封的环境下反应(如图②)。

待观察到有明显的无色气体产生后(如图③)，拔去橡胶塞，向外拉动活塞吸入少量的空气，这时可观察到无色的气体变成了红棕色。

点评：该装置重点是设法使Cu 与稀HNO 3在无氧的条件下反应。

这种设计上的优点还在于所用的装置材料来源于生活，操作方便，所消耗的药品也少，完全达到了微型实验的要求
浓硝酸与铜反应的实验
装置如上图
在一支注射器预先放入一片铜片（此反应较剧烈，故改用铜片），再用针筒吸入浓硝酸，倒放，排去里面的空气，用小橡皮塞将针筒嘴密封(如图②)。

可观察到铜片与浓硝酸反应剧烈，产生红棕色气体 ，溶液变绿色，针筒活塞向下移动。

实验后废液处理
针筒嘴向下，将反应后的废液（废气不排出）排入盛有Na 2CO 3溶液的烧杯中，吸入空气和NaOH 溶液，塞紧橡皮塞，充分振荡，使废气被吸收。

总体实验评析
1.实验过程无NO 2、NO 气体排放，避免产生空气污染，实验微型化。

2.改用细铜丝与稀硝酸反应较快，缩短演示实验的时间。

3.稀硝酸与铜反应生成的气体无色，具说服力。

4.同时验证了NO 易被空气中的O 2氧化和NO 2能与水发生反应。

HNO 3
① Cu 丝 ②
处
③
处
NO
图。

铜与浓、稀硝酸反应实验的改进
铜与浓、稀硝酸反应是一种常见的化学实验，其反应产物为硝酸铜和
氧气。

然而，这种实验存在一些问题，如产生有毒气体、反应速度过快等。

因此，可以通过以下改进来提高实验的安全性和可靠性：1.使用稀硝酸：
浓硝酸具有强氧化性和腐蚀性，容易产生有毒气体，因此可以使用稀硝酸
代替浓硝酸进行反应。

稀硝酸反应速度较慢，可以更好地控制反应过程。

2.加入催化剂：为了加快反应速度，可以加入少量的铜粉或铜片作为催化剂。

催化剂可以提高反应速率，同时减少反应温度和反应时间。

3.控制反
应条件：反应过程中应控制反应温度和反应时间，避免产生过多的氧气和
有毒气体。

可以在通风良好的实验室中进行实验，同时佩戴防护眼镜和手
套等个人防护装备。

4.处理反应产物：反应产物为硝酸铜和氧气，应及时
处理。

硝酸铜可以通过加入氢氧化钠溶液沉淀出来，氧气可以通过通入氢
气或水来吸收。

通过以上改进，可以使铜与浓、稀硝酸反应实验更加安全
可靠，同时也可以提高实验的教学效果。

铜与浓、稀硝酸反应的实验改进湖北省黄冈市红安县第一中学 柯国祥 王卫明 438400铜与硝酸反应的实验是高中化学中很重要的实验之一。

高中教材中有铜与浓、稀硝酸反应的实验，装置图如下：铜片NaOH 溶液铜片NaOH 溶液以上实验的缺点有：1、即使有氢氧化钠溶液处理气体产物，但处理效果不佳，很易污染环境，威胁教师、学生的健康；2、由于反应固体和液体不易分离，无法控制实验的结束；3、实验所用试剂较多，造成试剂浪费；4、无法证明铜片与稀硝酸反应的产物是NO 。

针对以上问题，我对这个实验做了如下的改进。

一、实验原理：涉及到的化学反应：Cu+4HNO 3(浓)=Cu(NO 3)2+2NO 2↑+2H 2O ；3Cu+8HNO 3(稀)=3Cu(NO 3)2+2NO ↑+4H 2O ； 2NO+O 2=2NO 2；NO+NO 2+2NaOH=2NaNO 2+H 2O; 2NO 2+2NaOH= NaNO 2+ NaNO 3+H 2O二、实验用品仪器：注射器1个，小药瓶4个。

试剂：铜片、浓硝酸、稀硝酸、NaOH 溶液。

三、实验过程：实验一 向注射器中装入一片铜片，小药瓶中盛装浓硝酸。

将针头插入小药瓶，向后拉推杆吸取少量浓硝酸，观察现象。

铜片与浓硝酸剧烈反应，生成红棕色气体。

轻推注射器推杆，使液体与铜片分离从而反应停止。

看到原盛有浓硝酸的小药瓶中的液体变为蓝色。

之后拔出针头，迅速插入另一盛有NaOH 溶液的小药瓶中，缓慢推注射器推杆，使残留在注射器内的气体被NaOH 溶液吸收。

又看到原盛有NaOH 溶液的小药瓶中红棕色气体消失。

结论为：发生反应Cu+4HNO 3(浓)=Cu(NO 3)2+2NO 2↑+2H 2O ；2NO 2+2NaOH= NaNO 2+ NaNO 3+H 2O实验二 继续用实验一所用注射器和铜片，将针头插入盛装稀硝酸的小药瓶，向后拉推杆吸取少量稀硝酸，观察现象。

可以看到铜片与稀硝酸反应较缓慢，生成无色气体，进入注射器的无色液体变为蓝色。