使用注射器改进铜与硝酸反应实验

普通高中新课程标准实验教科书苏教版《化学1》中“硝酸的性质”一节中对于硝酸的性质实验过程叙述如下[1]：

观察下列有关硝酸性质的实验，将实验现象和分析所得结论填入表4-5（表略）。

[实验1]如图4-15所示，将铜片置于具支试管的底部，通过分液漏斗加入2mL浓硝酸，将产生的气体通入倒置于水槽里充满水的集气瓶中，观察实验现象。

[实验2]在上述装置中，从分液漏斗向试管内加5mL水，稀释硝酸，继续收集产生的气体，观察实验现象。

在严格实施该实验时，笔者发现整个实验还是存在比较多的难以克服的困难：试剂用量大、装置密封性差、NO和NO2用量无法控制而导致严重污染、侵害教师和学生的身体健康等。因此笔者在所在学校进行了关于演不演示铜和硝酸反应实验的调查，教师表示一直举棋不定。不演示不仅会让学生失望，更违背了《课程标准》的课程基本理念“通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力[2]”；若演示则过程复杂，产物污染严重，不符合绿色化学的理念，给学生带来化学是一门危险的学科的负面影响。然而，我们都清楚地知道，做好这个实验不仅能加深学生对硝酸氧化性的认识，还可以使学生对NO和NO2的性质产生深刻印象。

基于此，笔者经过反复研究，设计出了利用一个注射器对此实验进行微量化的整合改进，保证了用量少、污染小、省时间、易操作的同时，又能达到演示实验的教学目的，特供同行参考。

一、实验用品

20mL一次性注射器一支、玻璃尖嘴导管、橡皮软管、小烧杯、止水夹、铜片、浓硝酸、蒸馏水、1mol/L氢氧化钠溶液。

二、实验装置（如图1）

三、实验步骤与现象

1.实验步骤

[实验1]在去掉活塞的20mL注射器中加入2片大小合适的铜片（使铜片能刚好卡在注射器底部，方便实验3时继续使用），然后将注射器活塞慢慢推进注射器内，排干净注射器内的空气，吸入1mL左右浓硝酸，立即夹紧止水夹，观察现象。

[实验2]打开止水夹，利用产生的气体使注射器中的溶液排入到小烧杯中。然后吸入少量蒸馏水，立即夹紧止水夹。倒置注射器，使未反应完的铜片和液体完全分开，观察现象。

[实验3]再把注射器倒过来，使未反应的铜片浸入到实验2生成的稀硝酸中，用水浴微热注射器，观察现象。

[实验4]打开止水夹，推动注射器活塞使注射器中的溶液排出，然后吸入少量空气，夹紧止水夹，观察现象。

[实验5]打开止水夹，吸入适量的氢氧化钠溶液。必要时可重复多次，直至气体完全吸收。

2.实验现象（见表1）

表1 实验现象及分析

四、改进后的优点

优点1：实验过程一体化。实现了铜与浓硝酸、NO2与水、铜与稀硝酸、NO与O2四个实验在同一个简易装置中进行，大大简化了实验步骤和过程，可操作性明显增强。通过铜片与浓稀硝酸反应的对比，加深了学生对硝酸氧化性的认识，即硝酸浓度越大，氧化性越强。同时使学生对NO和NO2性质的印象也加深了。

优点2：实验装置微型化，药品用量微量化。此实验装置采用了小型的注射器，试剂消耗量较少，节约药品用量，缩短反应时间。尤其在实验3中，所需稀硝酸利用了实验2中NO2与水反应生成的稀硝酸，药品利用率较高，节省了原料，同时也验证了两者反应生成的产物为稀硝酸。

优点3：实验过程绿色化。该实验在封闭体系中进行，污染少，尾气易处理，能改善实验室环境，符合绿色化学理念。

五、教学建议

第一，实验1中，浓硝酸和铜片的量尽量少，控制在浓硝酸1mL和铜片两小片，此时反应现象明显，利于学生观察反应的过程、产生的气体颜色和生成溶液的颜色。若量过多，会因产生NO2气体的速率过快而使反应较难控制，带来不安全因素，达不到实验改进的目的。

第二，实验3中的稀硝酸是实验2过程中生成的，浓度可能较稀而导致铜片与稀硝酸的反应比较缓慢。因此，建议在实验2中用注射器抽取蒸馏水时要控制量，以1mL左右为宜。若反应仍旧缓慢，可以采用热水浴加热。

参考文献

[1] 王祖浩.普通高中课程标准实验教科书《化学1》.南京：江苏教育出版社，2009.

[2] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准.北京：人民教育出版社，2003.