铜与稀硝酸反应的研究性实验设计
铜与浓、稀硝酸反应实验创新设计
铜与浓、稀硝酸反应实验创新设计
铜与浓硝酸反应实验是初中物理课程的重要内容，在此实验中，着重考察反应的产物，以便观察反应强度。
此次实验通过改进原有的设计，提出了一种创新的实验模式，以应对多变的物理环境。
实验来源于初中物理教材，实验目的是研究铜与浓硝酸的反应情况，检测实验现象。
主要观测指标为反应前后铜粒间距，以及反应前后铜粒大小的变化。
本次实验发展了一种创新的环境，采用了多变的反应体系。
实验室准备了具有不同硝酸浓度的试剂，分别观察不同硝酸浓度下铜与浓硝酸反应的专业性，以及铜粒大小及距离变化，并及时记录各项变化数据，以便对实验结果进行分析和研究。
借鉴前人经验，本次实验利用熟悉的基本设施，如化学容器，橡胶球等，结合科学性施工，使得实验体系更加完善而条理化，以更好地模拟实际反应场景，使实验结果更加可靠准确。
以上就是关于铜与浓硝酸反应实验的创新设计，其设计了完善的实验装置，能更好地模拟反应场景，并让实验结果更准确准确。
此次实验，可以为中学生提供更直观准确的理解，使之更好地掌握铜与浓硝酸反应的内涵，为学习物理学习奠定基础。
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。
《铜与硝酸反应实验》创新设计
铜与硝酸反应实验改进临城中学电教实验处张会军一、原实验过程及存在不足浓稀硝酸与铜的实验通常在试管中进行,由于试管里空气的存在,反应生成的无色一氧化氮气体被氧化成红棕色二氧化氮气体,影响了对实验现象的观察；同时,产生的气体排放到空气中,会严重污染环境。
二、实验改进（一）实验用品：浓硝酸1:2稀硝酸铜片蒸馏水稀NaOH注射器胶塞烧杯（二）实验装置：（三）实验原理：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O（四）铜与稀硝酸反应实验步骤1、取一体积较大的注射器（如上图）,并连接胶塞密封针头口。
打开胶塞,拔出活栓,放入5～6片铜片,并使其平放在注射器的底部，然后推进活栓。
2、将注射器口浸入蒸馏水中,抽拉活栓,吸入一定量蒸馏水，倒置注射器，排出内部气泡，并将蒸馏水尽量排净。
3、将注射器口浸入稀硝酸中,抽拉活栓,吸入20mL稀硝酸,塞上胶塞。
注射器内的稀硝酸与铜发生反应,生成的气体推动活栓不断地向外移动。
当气体体积约占注射器容积的一半时,打开胶塞,推动活栓,将混合液注入烧杯中,使反应停止进行。
塞上胶塞,观察注射器内气体和烧杯中溶液的颜色。
4、打开胶塞,抽拉活栓,吸入少量空气, 塞上胶塞，观察注射器内气体的颜色变化。
5、将注射器内气体推入氢氧化钠溶液中进行吸收。
（五）浓硝酸与铜反应实验步骤1、取一体积较大的注射器,并连接胶塞密封针头口。
打开胶塞,拔出活栓,放入少量2～3片铜片,并使其平放在注射器的底部，然后推进活栓。
2、将导管口浸入浓硝酸中,抽拉活栓,吸入5mL浓硝酸,塞上胶塞。
注射器内的浓硝酸与铜发生反应,生成的气体推动活栓不断地向外移动。
当气体体积约占注射器容积的一半时,打开胶塞,推动活栓,将混合液注入烧杯中,使反应停止进行。
塞上胶塞,观察注射器内气体和烧杯中溶液的颜色。
3、打开胶塞,抽拉活栓,吸入少量蒸馏水,塞上胶塞，将注射器上下倒转几次, 观察注射器内气体的颜色和体积变化。
浓、稀硝酸与铜反应的综合实验设计
浓、稀硝酸与铜反应的综合实验设计
一、实验目的
1. 了解硝酸与铜产生的反应特性。
2. 分析硝酸与铜反应分子间机理与反应机理。
3. 探索硝酸与铜反应的温湿 id平衡。
二、实验原理
普通硝酸是由氮硝化合物的混合溶剂而成的酸性溶液，氮硝化合物的强度由溶剂的种类和浓度而定。
铜与硝酸具有很强的化学反应性，当硝酸中的氮硝化物吸取的氮原子被铜离子形成的离子开裂时，铜离子就会与酸原子发生反应、形成铜硝酸盐，如Cu(NO3)2、Cu(NO2)2和Cu(OH)2，由此释放出大量的热量，因此能够自发发生焰反应，也能发生化学反应。
三、实验设计
1.准备硝酸和铜实验管
准备一定浓度的硝酸（如0.1mol/L）和一定的细的铜粉放入实验管中，实验管封口并放入等离子体电离室中（可设置不同的温湿度），监测系统中铜粉在硝酸中的化学反应过程。
2.测定硝酸和铜反应放热热值
反应乙烯与铜反应过程中释放的热能，计算其放热热值和活化能，以表征硝酸和铜反应放热机制。
3.探究不同温湿度条件下硝酸和铜反应的稳定性
变更上述实验管的温度和湿度，观测硝酸和铜反应放热的稳定性，研究不同温湿度条件下硝酸和铜反应的变化情况。
四、个人认为
本次实验旨在探索硝酸和铜反应的特性，了解反应机理，分析温湿度对其反应变化的影响，将对未来类似实验有指示意义。
另外，实验主体硝酸和铜是日常生活中不可或缺的物质，实验分析的结果也有助于我们更好的理解物质的本质特征。
铜和浓硝酸、稀硝酸反应创新设计
铜和浓硝酸、稀硝酸反应创新设计作者：彭运定来源：《发明与创新·中学生》 2013年第7期湖南省汨罗市第三中学彭运定铜和硝酸反应实验本是人教社《全日制普通高级中学教科书(必修加选修)化学》第二册第16页演示实验，新课程高中化学必修1第四章也将此实验增加为演示实验。
实验装置原型如图1，虽然达到了一定的演示效果，但实验所使用浓、稀硝酸的量较多，反应剧烈，较难控制，且产生的二氧化氮、一氧化氮气体因为得不到有效处理而污染空气。
因此在教学过程中，我对实验装置进行了改进。
一、实验器材10mL医用注射器2个，胶皮管10cm，止水夹2个，镊子，铜片，浓硝酸，氢氧化钠溶液。
二、实验装置与原理图见图2、图3三、实验过程与效果1.组装实验仪器。
先将注射器的活塞从空筒中抽出，用镊子取一小块铜片放进注射器的空筒中，在将活塞塞进空筒中。
2.利用医用注射器抽取0.5mL的浓硝酸，将注射器先倒置向下拉活塞，使胶皮管中的浓硝酸进入空筒中，在向上推活塞排尽空筒中的空气，用止水夹夹住胶皮管。
3.铜和稀硝酸反应的实验与上述操作方法大体相同，只是在抽取浓硝酸之前预先抽取1mL的水，将浓硝酸稀释为稀硝酸。
4.实验结束后打开止水夹，将注射器中的反应液和气体推入氢氧化钠溶液中，将其吸收（铜与稀硝酸的反应处理略有不同，打开止水夹后应先将活塞向下拉，使少量空气进入空筒中，将产生的一氧化氮转化为二氧化氮，再将反应液和气体推入氢氧化钠溶液中将其吸收）。
5.两次实验对照可清晰地看到所产生气体的颜色及反应速率的快慢。
改进后的实验装置为学生探究实验的成功巧设了台阶，使实验现象更加直观，效果更加明显。
学生对浓硝酸和稀硝酸与铜的反应产生了深刻印象，还增强了学生的环保意识，培养了学生严谨、求真、求实的学习作风。
浅析铜与硝酸反应的实验探究与拓展
在上面的三组实验中提供的硝酸的体积均一样，仅仅是铜的质量不相同。
A组中，铜的质量相同，即反响后溶液中Cu2+的浓度相同，而浓硝酸反响后溶液为绿色，稀硝酸为蓝色；B组中，与浓硝酸反响的铜的质量要小一些，即反响后Cu2+浓度低一些，然而溶液仍然为绿色；C组中Cu2+的浓度大，溶液仍然是绿色。
可见，Cu(NO3)2溶液为绿色不是由Cu2+浓度引起的。
猜测二、可能是硝酸铜溶于浓硝酸引起的。
将Cu(NO3)2晶体溶于浓硝酸，溶液仍然为蓝色。
可见此假设不成立猜测三、可能是温度不同引起的方案1：将绿色的Cu(NO3)2溶液加热。
溶液仍然为绿色，且在试管中产生大量的红棕色气体。
原因是在加热的时候，浓硝酸不断的分解，致使NO2源源不断的生成，因此不可能将NO2和Cu(NO3)2分开，因此溶液仍为绿色。
方案2：将正在反响的试管壁不断地用流水冲，溶液颜色为蓝色。
这个改变的核心因素是降低温度。
因为Cu+4HNO3〔浓〕==Cu〔NO3〕2+2NO2+2H2O的反响是放热反响，降温反响速度减慢，产生的NO2减少；而2NO2==N2O4〔正反响为放热反响〕，因此降温平衡向右移动，生成无色的N2O4，NO2的量逐渐减少，故溶液很快变成蓝色。
猜测四、可能是NO2溶于Cu(NO3)2溶液形成的。
方案1：将Cu和浓硝酸反响后的溶液迅速倒入枯燥的烧杯中，再转移到另一个枯燥的烧杯中，溶液迅速变蓝。
方案2：在Cu和浓硝酸反响后的试管口上塞一团沾有NaOH溶液的棉花，放置半天后，溶液为蓝色。
其原因是随着时间的推移，反响后的溶液温度降低，NO2慢慢从溶液中逸出被棉花中的NaOH吸收，溶液的颜色仅仅由Cu(NO3)2呈现出来。
由此可见，Cu(NO3)2溶液的绿色是由蓝色的Cu(NO3)2溶液和黄色的HNO3溶液〔溶有NO2〕的两者混合而成的。
二、原型拓展1方案评价型[例1]某化学课外兴趣小组在做铜与浓硝酸、稀硝酸反响实验时发现：“相同质量的铜分别与等体积且足量的浓硝酸、稀硝酸充分反响后，前者溶液颜色是绿色的，后者溶液的颜色是蓝色的。
铜与稀硝酸反应及一氧化氮性质实验的联合设计
４ 实验操 作
４ １ 铜 与 稀 硝 酸 反 应 的 实验 ．
并可用 注射 器收集 到较 纯 的 Ｎ Ｏ气 体 ， 从而 可进 行 Ｎ Ｏ的
性质实验 。
４ １１先用 注射 器 向封 口、 ．， 洁净 的青 霉 素瓶 注入大约 １ ｍ 稀硝酸 ， ０ｌ 然后将有毒气体排放 ， 了 无 避免
空气污染 。 实验 中可随时通 过上 下移动铜 丝 ， 以控制 反应 的发 可
图２
其 中一 端都 打磨成针 状再 插入 青霉 素瓶 内 ，
使 铜丝下端位于液面 以上 。
生、 快慢 和停 止 。
组装一套该 装置器材 简单 ， 材料 易得 ， 操作方 便 ， 可进 行多次演示 。 该装置也适 合于演 示铜 与浓 硝 酸反 应并 制取 Ｎ ， Ｏ 等
粗 铜 丝 、 约 ４ ｏ／ 大 ｍ ｌＬ的稀 硝 酸 、 ａ Ｈ ＮＯ
溶液 、 蒸馏水等 。
５ 改进 意 义
该实验方法 用青 霉素瓶作为反应器使铜与稀硝酸反应
３ 实验装 置
如 图 ２所示 。
在几乎 隔绝 空气的条件下 进行 ， 免了气体 产物 与空气 的 避 直接接触 ， 于及 时观 察 到 Ｎ 便 Ｏ气体 颜 色 的“ 来 面 目” 本 。
２０ ０９年第 ６期 中小 学实 验 与装备
实验 教学 方 法
第 １ （ ９卷 总第 １６期 ） ０
２ ｌ
铜 与 稀硝 酸反 应 及 一 氧 化 氮性 质 实验 的联 合 设 计
河北省饶 阳 中学 （ ５ ９０ ０ ３０ ） 尚广斗
１ 问题 的提 出
铜 与稀 硝酸反应 的实验是 中学化学 的重要演示 实验之
实验 。
２ Ｏ 一ｌ Ｏ９ ｌ一２ ７
铜与硝酸反应实验现象的探究
分析问题：可能影响溶液颜色的微粒
反应物
产物
稀硝酸
铜片
Cu2+
（蓝色）NO3_源自H+（可能）NOH2O
浓硝酸
铜片
Cu2+
（蓝色）
NO3_
H+（可能）NO2
H2O
（红棕
色）
观点1：铜离子浓度不同 设计方案：加水稀释绿色溶液，观察现象。
绿色溶 液
稀释后
观点1：铜离子浓度不同
设计方案：配制饱和硝酸铜溶液，观察现象。
实验结论： 该实验现象，支持观点2。
设计方案：向硝酸铜溶液中通入二氧化氮 气体，观察溶液颜色变化。
实验结论： 该实验现象，支持观点2
实验结论：通过实验探究，我们认为是 “NO2的影响”造成了溶液颜色的差异。
谢谢！再见！
实验现象： 硝酸铜的饱和溶液呈蓝色
饱和硝酸铜 溶液
实验结论： 该实验现象，不支持观点1。
观点2：NO2的影响 设计方案：加热绿色溶液，观察现象。
实验结论： 该实验现象，支持观点2。
观点2：NO2的影响 设计方案：将绿色溶液装入针筒内，向外拉动活 塞，观察现象。
实验现象： 向外拉动针 筒活塞，装 置内有红棕 色NO2逸出。
铜与硝酸反应现象的探究
铜与稀硝酸反应的实验设计
温馨提示：针筒吸入稀硝酸 时速度要缓慢，避免吸入空 气
铜与浓硝酸反应的实验设计
温馨提示：打开塑料袋中间 的活结，动作轻缓，防止铜 片划破塑料袋，然后迅速将 袋子放入瓶中盖好。
铜与硝酸反应
绿色溶液 蓝色溶液
发现问题：浓、稀硝酸和铜反应所得 硝酸铜溶液的颜色为何不同？
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铜与稀硝酸反应的研究性实验设计
1、问题提出
铜与稀硝酸发生反应的反应方程式为：
3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O。
从理论上讲，实验现象应为生成无色气体，在试管口遇到空气后变为红棕色。
但传统的铜与稀硝酸反应实验直接在试管中进行，实验操作中气体往往在液面上就变色，即使可用排水法收集到无色的NO，也无说服力，因为NO气体有可能由NO2与H2O反应生成的。
实验现象与理论无法吻合，给教学带来负面影响。
因此必须对这一实验进行必要的研究，提出改进措施。
2、研究目的与要求
（1）改进后的实验必须达到以下要求：节约药品、操作简便、现象明显、没有污染。
（2）通过对“稀硝酸氧化性实验的改进”这一研究，提高创新意识和动手解决实际问题的能力。
3、实验方案
方案一
实验步骤及现象
(1)按图1所示连接好仪器。
(2)取下带有分液漏斗的胶塞，将绕成螺旋状的铜丝一端插入塞内。
(注：铜丝应插紧，否则会掉入U形管，使实验失败)。
(3)将活塞打开，从U形管较长的管口注入稀硝酸，直到碰到塞子的下沿，且液面上不再留有气泡为止，保证铜丝与稀硝酸接触时无空气。
(4)关闭活塞，可以用酒精灯在U形管的短管一侧加热，当铜丝上有气泡产生时立即撤灯。
铜丝与稀硝酸反应生成的气体将稀硝酸排向长管，使铜丝与稀硝酸脱离接触后，反应自行停止，管内有无色气体生成。
(5)将活塞慢慢打开，U形管的长管中的稀硝酸又回落到短管内，分液漏斗有红棕色气体出现。
实验评价
稀硝酸反应在缺氧条件下进行，可以长时间观察到无色NO 气体：验证了NO和O2反应生成NO2气体及NO难溶于水的性质：该实验器材简单、操作方便、现象明显，可以重复使用(关闭分液漏斗活塞并适当加热，又可以得到无色气体)。
方案二：
实验步骤
(1)如图2，在注射器中放三小块铜片，将注射器活塞推到底部。
(2)将输液管插入预热过的稀硝酸中，吸入20mL硝酸后，关闭输液管夹，然后将输液管下端放入盛有4mol／L氢氧化钠溶液的烧杯中(注：在实验进行过程中要慢慢地将注射器向上拉出，因摩擦力的存在，反应过程中产生的气体不容易使
活塞向上运动)。
(3)待反应停止后，打开输液管夹，将注射器中的溶液全部排入烧杯中(气体不要排出)，然后将输液管下端移出液面，吸入约2倍NO体积的空气。
实验现象
铜与稀硝酸反应较慢，铜片周围产生小气泡，有无色气体生成，溶液逐渐变为蓝色：当注射器中溶液排入烧杯时，有蓝色沉淀生成：注射器吸入空气后，无色气体变为红棕色。
实验评价
本实验反应在缺氧条件下进行，能观察到NO的“庐山真面目”——无色气体：实验中没有向空气中排放有毒气体，避免了空气受到污染：器材简单、操作方便、现象明显。
方案三
实验步骤及现象
(1)按图所示连接装置图，检查气密性后在干燥管加入铜片，在烧杯中加入适量预热的稀硝酸。
(2)打开止水夹，用注射器慢慢抽取干燥管内的空气，稀硝酸沿着干燥管慢慢上升，直到充满整个干燥管，停止抽拉注射器，关闭止水夹，观察到干燥管内铜片溶解，且表面有气泡产生，溶液上方气体为无色，溶液变成蓝色，液面下降。
(3)反应停止后，打开止水夹，用注射器抽取干燥管内的气体(事先已将注射器内原有的空气推出)，关闭止水夹后取下
注射器，并抽取一定的空气，可观察到有红棕色气体生成。
实验评价
此实验设计简单可行，操作方便、现象明显，不仅能清晰地观察到无色的NO，还能观察到NO气体容易被氧化成红棕色的NO2的过程，而且可以重复使用。