铜与硝酸反应的实验现象探究

铜与硝酸反应的实验现象探究

铜与浓稀硝酸反应的实验，是中学化学教材中两个非常重要的演示实验，由于硝酸的浓度不同，反应现象不同，硝酸的还原产物也不相同。

⑴铜与浓硝酸反应取一支试管，加入一小块铜片，滴入浓硝酸后，立即有气泡产生，反应剧烈，放出红棕色气体，溶液很快变成绿色；

⑵铜与稀硝酸反应取一支试管，加入一小块铜片，滴入稀硝酸后，也有气泡产生，反应缓慢，反应开始阶段，试管内气体呈红棕色，随着反应的进行，试管内气体逐渐变浅，最终呈无色，溶液变成蓝色。

综上可见，铜与浓稀硝酸反应，除了在反应现象和气体产物上有明显不同以外，还有一个明显不同，就是反应后生成的溶液颜色明显不同。对这个问题存在着不同的解释，但同学们通过对以下这个例题的分析与解答，不仅能够更好地认识铜与浓、稀硝酸反应现象的不同，也会对反应后溶液颜色的不同有新的理解。

例题铜与浓硝酸和铜与稀硝酸反应，产物不同，实验现象不同。为此，某高二化学学习兴趣小组在教师的指导下开展了积极的实验探究活动，他们为了证明并观察到铜与稀硝酸反应的产物为NO，设计了如图所示的实验装置。

⑴请根据他们的思路，选择下列药品，完成该实验，并叙述实验步骤。

药品：稀硝酸、稀盐酸、锌粒、碳酸钙固体。

步骤：①检查装置的气密性；

②；

③；

④待反应完全后，将右边的导管插入试管内接近液面；

⑤；

⑥用注射器向试管内推入空气（或氧气）。

⑵推入氧气或空气的目的是。

⑶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，所得到溶液前者呈绿色，后者呈蓝色，某同学提出这可能是Cu2+浓度差引起的，你同意吗？原因是。另一同学提出溶液呈绿色是Cu2+溶液颜色与NO2气体颜色复合的结果，请设计一个实验证明之（简述实验方案与实验现象）。

分析：此题探究的内容有两个：一是对如何能观察到铜与稀硝酸的反应产物NO呈无色进行探究，其关键是如何有效排除试管内的空气，使生成的NO不被氧化，又能很方便地检验出无色NO的存在；二是对铜与浓硝酸反应溶液呈绿色的原因进行探究，其关键是如何能通过实验证明浓硝酸与铜反应后的溶液呈绿色不是铜离子浓度差引起的。

解答：⑴设计思路是先用碳酸钙与硝酸反应产生的二氧化碳排除试管中的氧气，再设法让铜丝与稀硝酸反应，以便观察到无色的二氧化氮产生。因此，步骤②是将少许碳酸钙固体放入试管中，将能上下移动的细铜丝（悬挂于液面的上方）及玻璃导管安于瓶塞上；步骤③是快速向试管中加入足量的稀硝酸，并迅速塞紧试管；步骤⑤是使铜丝移动将其下端插入到稀硝酸中。⑵使试管内的气体变为红棕色，证明NO的存在。⑶显然颜色不同不是因为铜离子浓度差引起的，原因是铜的质量相等，在相同体积的溶液中生成了相同量的硝酸铜，也即两种情况下所得的硝酸铜溶液浓度相同，不存在浓度差问题。证明实验的方案有多种，其中较为简单的是将绿色的硝酸铜溶液加热，发现随着气体逸散，硝酸铜溶液从绿色变为稳定的蓝色。