銅與稀硝酸反應的實驗設計論文

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銅與稀硝酸反應的實驗設計論文

一、主要儀器藥品

1.儀器或材料。

鐵架臺(附有鐵夾)、燒杯、橡膠塞(兩個)、止水夾、帶有控制器的醫用輸液管、尖嘴導管、乳膠管、一次性手套。

2.藥品。

銅絲、碳棒、稀硝酸(68%濃硝酸與水體積比為1∶2.2)、4mol/LNaOH溶液、蒸餾水。

二、實驗裝置及相關說明

(1)夾持器具已省去。

(2)銅絲纏繞在碳棒上,增大反應速率。

(3)尖嘴導管可減少硝酸的揮發。

(4)為避免稀硝酸氧化橡膠塞,橡膠塞外層應均勻涂上石蠟。

(5)為避免左側插入橡膠塞時稀硝酸溢出,實驗前需用蒸餾水嘗試確定加入稀硝酸的用量。

三、實驗步驟和現象

1.組裝好儀器,向燒杯中加入蒸餾水,使醫用輸液管伸入其中并打開輸液管控制器,將二口管上方兩個口分別用插有銅絲的橡膠塞和插有尖嘴玻璃管(關閉止水夾)的橡膠塞塞緊,雙手握住二口管,燒杯中出現氣泡,松開手后在輸液管中回流形成一段水柱,由此說明氣密性良好。

2.將燒杯中的蒸餾水換為4mol/LNaOH溶液,關閉輸液管控制器,打開尖嘴玻璃管上方的止水夾,移去左側管上方的橡膠塞,向二口管中注入稀硝酸至接近左側管管口(事先已用蒸餾水確定液面位置),將插有銅絲的活塞塞緊左側管口,此時橡皮塞緊貼液面并排盡空氣,右側液面明顯上升但不會溢出。

3.銅絲接觸稀硝酸立即產生氣體并使溶液逐漸呈淡藍色,左側管液面上方迅速持續產生無色氣體,一段時間后形成無色氣柱。

4.打開輸液管控制器并控制流速,使二口管中的液體緩慢流下,此時明顯看到燒杯中逐漸產生藍色沉淀,兩側液面均逐漸下降,直至銅絲脫離液體,反應停止,二口管右側空氣經過溶液進入左側,待冒出3~4個氣泡后,迅速關閉右側管尖嘴導管上方的止水夾,明顯觀察到二口管內左側氣體顏色變為紅棕色。

5.在通風櫥中,將輸液管控制器完全打開,利用燒杯中的氫氧化鈉溶液充分吸收實驗過程中產生的廢液和廢氣。

四、實驗設計特點

1.可行。

將一氧化氮的制備和性質驗證實驗進行一體化設計,無色一氧化氮遇到無色的空氣轉化為紅棕色二氧化氮,兩側氣體顏色差異對比鮮明。

2.綠色。

考慮到裝置壓強平衡,氮氧化物在氣密性良好的密封體系中產生,整個實驗過程無有毒氣體逸出,廢氣和廢液最終可被氫氧化鈉溶液吸收。

3.快速。

將銅絲以螺旋狀纏繞在碳棒上,構成原電池,進一步增大反應速率,保證快速形成無色氣柱。

4.可控。

不需要抽動銅絲,而是通過液面下降使得固液分離,停止反應,避免在實驗過程中抽動銅絲而可能導致的有毒氣體泄漏。

5.創新。

充分發揮二口連接管構造的特點,克服U形管兩端等長的不足,左側管可以實現無空氣氛圍,右側管可以平衡壓強,右側管比左側管長則保證了液體不會溢出。

6.實用。

整套裝置簡潔明了,儀器可重復使用,實驗再現性好,成功率高,有利于激勵師生養成鉆研儀器構造、開展創新實驗的研究態度。

作者:田益民 張宏林 丁萍 單位:江蘇省姜堰中學

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