銅與濃硝酸反應的簡易裝置

萬竹青

文章編號:1005-6629(2009)07-0020-01 中圖分類號:G633.8文獻標識碼:C

1實驗裝置、操作及現象

取一只無色礦泉水瓶,內盛有適量的蒸餾水,將瓶子稍微捏捏癟。用細線將小試管(口徑應比礦泉水瓶的口小)牢牢的扣緊,再向小試管里加入適量的濃硝酸,將試管放入瓶中,用手拉緊細線使兩瓶口相平,用鑷子夾取一小塊銅片放入小試管中,立即放下線,將礦泉水的瓶蓋擰上(見圖1)。此時可觀察到銅片表面產生大量的氣泡,試管中溶液逐漸變為綠色,試管內產生紅棕色氣體,氣體逐漸進入瓶內,瓶逐漸鼓起,一段時間后,將礦泉水瓶倒置振蕩,瓶內反應停止,氣體顏色逐漸變淺直至無色,礦泉水瓶又變癟,瓶中溶液變為藍色;打開瓶蓋接觸空氣后,瓶內上端氣體由上而下顏色逐漸變深,呈淺紅棕色。

2實驗現象解釋

1.眾所周知,硝酸銅溶液呈藍色,但銅與濃硝酸反應后溶液卻呈現綠色。原因是產生的紅棕色二氧化氮氣體一部分溶解在溶液中呈黃色,而溶液中[Cu(H2O)4]2+呈藍色, 兩者的混合色為綠色。

2.當綠色溶液與水混合后,溶液則變為藍色。原因是二氧化氮遇水發生反應:3NO₂+H2O=2HNO3 +NO,這樣,溶解在溶液中的二氧化氮氣體很快消失,最終瓶中溶液呈藍色,且氣體顏色逐漸變淺直至無色。

3.當向瓶內鼓入空氣后,氣體顏色又變為紅棕色,原因是一氧化氮遇到空氣變為二氧化氮,反應為:2NO +O₂=2NO₂

4.當瓶內液體混合后,反應停止。原因是硝酸變得很稀,與銅幾乎不反應。

3 實驗中注意的問題

1.濃硝酸濃度的選定

通過實驗證明,當硝酸物質的量濃度≥11.0 mol?L^-1時, 反應太快,太劇烈,難以控制,不便于操作;當硝酸物質的量濃度≤8.0 mol?L^-1時,開始時產生無色氣體,一段時間后,方有紅棕色氣體出現。故濃硝酸的濃度以10.0 mol?L^-1左右為宜。

2.加銅片和通空氣后要迅速蓋上瓶蓋。

4實驗優點

1.按上述方法進行實驗,操作簡便,實驗現象明顯,既可以演示也可以分組實驗。

2.這樣實驗能有效防止二氧化氮對空氣的污染,也有助于同學們增強環保意識。

3.該裝置有可隨時停止反應的優點。