河南省实验创新大赛——铜与浓稀硝酸反应

铜与稀硝酸的化学反应
将铜与稀硝酸进行反应，产生一种化学反应。

在此反应中，铜将与稀硝酸发生化学变化，生成氮氧化物和亚硝酸根离子。

这种反应可以用以下化学方程式表示：
2 Cu + 4 HNO
3 → 2 Cu(NO3)2 + 2 NO + 2 H2O
在这个反应中，铜原子（Cu）与硝酸分子（HNO3）发生反应，形成了硝酸铜（Cu(NO3)2）和一氧化氮分子（NO），同时释放出水（H2O）。

这个化学反应通常是一个剧烈的反应，并放出大量的热和气体。

这是一种常见的实验室反应，也被用于工业生产中。

它的应用包括铜的提取和制备，以及在电子行业中的使用。

在进行这个反应时需要注意安全，因为硝酸是一种强氧化剂，并且与其他物质（如有机物）反应时可能产生危险的产物。

教学中至关重要，但现行高二化学教材（人教版）存在诸多不足，能否将两个实验整合到一个实验装置中完成且能弥补教材中实验的不足？我们进行了如下创新。

一、教材中实验的不足1.铜与浓硝酸反应的实验中（1）铜片浸没在浓硝酸中不能控制反应的速率；（2）反应产物的吸收过程中常常会出现倒吸现象；（3）反应后NO2的吸收不充分，会造成大气污染。

2.铜与稀硝酸反应的实验中（1）产生的NO极易被氧化为红棕色的NO2，从而影响对NO颜色的观察；（2）尾气有大量的NO逸出污染环境。

二、改进后的实验装置三、实验操作及现象1.制作棉刷：将棉花固定在一根铝丝上，并用NaOH溶液浸湿；2.如上图连接好实验装置，棉刷位于具支试管1顶端，打磨后的铜丝位于棉刷下部；看到有气泡产生，溶液由无色变为蓝色具支试管中出现红棕色气体，此步操作很好地验证了铜与浓硝酸的反应，且可利用NO2的密度比空气大这一特点排尽具支试管1内的空气；4.待具支试管1内充满红棕色气体之后关闭止水夹将铜丝从溶液中抽出，上下抽动棉刷，吸收红棕色气体，待具支试管1内变为无色后打开止水夹，热水倒吸至具支试管1中，稀释剩余的溶液得到热的稀硝酸（有利于提高反应速率），此后关闭止水夹，将铜丝再次插入溶液中可看到有气泡，打开止水夹，气体进入具支试管2中，此部实验现象为：具支试管1内产生的气体为无色，通入具支试管2后变为红棕色，此步很好的验证了铜与稀硝酸的反应；5.拆卸装置时，空气从止水夹进入具支试管1中，使具支试管1中的NO转化为NO2，用棉刷吸收具支试管1中的气体；同样可用棉刷吸收具支试管2中的气体。

四、改进说明1.棉刷吸收气体比较彻底，本装置全封闭，无污染，绿色环保；2.本实验能够准确地制取NO气体，能观察到其是一种无色且易被氧化的气体；3.装置简单，实验中只需要抽动棉刷和铜丝，操作方便；4.本实验巧妙地了利用了倒吸这一“错误”操作，一套装置可以用来演示两个实验，且前后可以对照进行讲解，可很好地用于课堂教学中。

浓、稀硝酸与铜反应实验创新关键词：硝酸氧化性氮氧化物转化尾气处理内容摘要：铜与硝酸的反应是体现硝酸性质的重点实验。

铜与浓稀硝酸实验主要是探究硝酸的性质，灵活性强，可挖掘价值大，是培养学生综合实验能力的契机，通过老师的实验创新，增强学生探索学习积极性，使新课程理论与实践的反思相结合，体现了化学学科的核心素养。

本节内容选自人教版高中化学《必修一》第四章、第四节（氨、硝酸、硫酸）人教版化学必修1教材将铜与硝酸的反应放在学习了氮的氧化物和氨之后，将硫酸和硝酸的氧化性放在一起学习。

学生在初中已经对硝酸的性质有了部分了解，具备了化学实验基本技能，思维活跃，探究的意识很强烈，对化学实验充满好奇心。

但综合实验能力较为薄弱。

硝酸的性质是元素化合物部分的重点内容，考纲要求掌握主要性质及其应用。

对于实验能力，考纲要求能设计实验方案、正确选用实验装置、掌握控制条件的方法，预测或描述实验现象、分析或处理实验数据，得出合理结论，评价或改进实验方案。

铜与硝酸的反应是体现硝酸性质的重点实验。

教材通过实验探究硝酸的性质，灵活性强，可挖掘价值大，是培养学生综合实验能力的契机。

增强学生探索学习积极性。

采用探究式教学方法，使新课程理论与实践的反思相结合，体现了化学学科的核心素养。

一、浓硝酸与铜反应实验创新如下本实验的创新设计思路：1、在实验中用铜粉与浓硝酸反应，以减少整个实验完成的时间；2、用棉花蘸浓NaOH溶液来处理尾气，体现了绿色化学的观点；3、既能观察到NO2与水反应引起的倒吸现象，还能观察到生成的Cu(NO3)2溶液被稀释过程中由绿色变为蓝色的过程，三个实验一气呵成，让学生在开放与和谐的氛围中，体验实践与创新的乐趣。

实验原理：1.浓硝酸与铜反应Cu+ 4HNO3 = Cu(NO3)2+ 2NO2+ 2H2O2. 3NO2 + H2O = 2HNO3+ NONO2与水反应导致装置中压强减小，引起倒吸。

3.尾气的处理：2NO2 + 2NaOH = NaNO3+ NaNO2+ H2O4.Cu(NO3)2溶液由绿色变为蓝色开始的绿色实际是Cu(H2O)62+的蓝色与溶解NO2的红棕色叠加的结果。

实验三铜与硝酸的反应实验目的：探究铜与浓、稀硝酸的反应实验原理：实验用品：铜片、浓硝酸、稀硝酸、水、氢氧化钠溶液；试管、水槽、小烧杯（2）、大烧杯（3）、培养皿（2）、大试管、单孔塞、双孔塞，导气管，铁架台，夹子。

实验步骤：1、将两个小烧杯放于两个培养皿上，培养皿中加入少量水。

2、分别取两片铜于两个小烧杯中，分别向其中加入2ml浓硝酸、稀硝酸。

3、迅速倒扣两个大烧杯，使形成液封。

观察现象。

4、取2ml浓硝酸于小试管中，将试管固定在铁架台上，塞上双孔塞，导气管出口连接氢氧化钠溶液的烧杯如图所示：5、另取几片铜于烧瓶中，加入5ml浓硝酸，塞好单孔塞。

6、将生成的气体通入铁架台上的小试管中，将尾气通入氢氧化钠溶液。

观察现象。

12．（2009年北京理综27）（14分）某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱的，按下图装置进行试验（夹持仪器已NO，而稀硝酸不能氧化NO。

由此得出的结论是略去）。

实验表明浓硝酸能将NO氧化成2浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。

可选药品：浓硝酸、3mo/L 稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳已知：氢氧化钠溶液不与NO 反应，能与2NO 反应232222NO NaOH NaNO NaNO H O =++（1） 实验应避免有害气体排放到空气中，装置③、④、⑥中乘放的药品依次．．是 （2） 滴加浓硝酸之前的操作时检验装置的气密性，加入药品，打开弹簧夹后（3） 装置①中发生反应的化学方程式是（4） 装置②的作用是 ，发生反应的化学方程式是（5） 该小组得出的结论一局的试验现象是（6） 试验结束后，同学们发现装置①中溶液呈绿色，而不显蓝色。

甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致，而乙同学认为是该溶液中溶解了生成的气体。

同学们分别涉及了一下4个试验来判断两种看法是否正确。

这些方案中可行的是（选填序号字母）a. 加热该绿色溶液，观察颜色变化b. 加水稀释绿色溶液，观察颜色变化c. 向该绿色溶液中通入氮气，观察颜色变化d. 向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反映产生的气体，观察颜色变化。

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。

铜与硝酸的反应嘉禾县第一中学：王赛中一、实验在教材中所处的地位和作用：1、人教版化学必修1教材将铜与硝酸的反应放在学习了氮的氧化物和氨之后，将硫酸和硝酸的氧化性放在一起学习。

铜与浓、稀硝酸反应的实验是为了证明硝酸具有强氧化性而设置的,在教学中至关重要。

2、实验能有效地帮助学生理解和掌握这两个反应，提高学生学习化学的兴趣，并且能很好地培养学生观察能力、思考能力和分析解决问题的能力。

3、这两个反应是学业水平考试和高考的重要考点，该实验的原理分析、操作步骤、现象描述、相关计算和实验创新是高考的常见考点。

二、实验原型及不足之处：1、传统的铜与浓、稀硝酸反应的实验存在诸多不足。

一方面2个实验分开做，操作麻烦，费时、费药品；另一方面没有隔绝空气很难观察到无色气体变成红棕色的过程；更重要的是有毒气体没有处理，严重污染环境。

2、正是因为传统实验存在的不足，现行人教版化学必修1中有这两个反应，并且是非常重要的反应，但是没有实验。

在教学中我们发现学生对这两个反应及相关问题掌握不好。

三、实验创新与改进之处：1、将铜与浓、稀硝酸两个反应的实验有效地整合。

2、实验器材简单、操作简便、现象明显。

3、实验在隔绝空气的条件下进行，能观察到无色气体变成红棕色气体的过程。

4、实验有效地防止了有毒气体污染环境，符合绿色环保的要求。

5、实验操作的成功率非常高。

四、实验用品：药品：铜片、浓硝酸、氢氧化钠溶液。

仪器用品：锥形瓶1个、带玻璃管橡皮塞1个、实心橡皮塞1个（上部中间打薄，方便注射器扎入）、硬质短玻璃管1根（容积略小于20ml）、医用20ml注射器2个、小烧杯2个、25ml 量筒一个、铁架台（带铁夹）。

五、实验原理及装置说明（包括实验装置平面图）：原理：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O ；3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。

2NO+O2= 2NO2 无色气体变成红棕色，氮的氧化物的性质，氮的氧化物用氢氧化钠溶液吸收，以及压强关系的运用。

铜与浓、稀硝酸反应的微量实验设计以铜与浓、稀硝酸反应的微量实验设计为标题引言：铜与硝酸反应是化学中常见的实验之一。

本文将设计一个微量实验，通过观察铜与浓、稀硝酸的反应，探究其反应特点和产物形成情况。

实验设计：实验材料：- 铜片或铜丝- 浓硝酸- 稀硝酸- 试管或小烧杯- 镊子和镀锌铁丝（用于处理废弃物）实验步骤：1. 实验前准备：- 将实验室用具清洗干净，确保无杂质。

- 准备好所需材料。

2. 实验操作：a. 浓硝酸与铜反应：- 取一小块铜片或铜丝，用镊子夹住。

- 将铜片或铜丝放入试管或小烧杯中。

- 缓慢滴加浓硝酸，观察反应现象。

b. 稀硝酸与铜反应：- 重复步骤2a，但使用稀硝酸代替浓硝酸。

3. 实验观察：a. 浓硝酸与铜反应：- 观察到铜与浓硝酸反应时，会产生一股刺鼻的气味，同时铜片或铜丝会逐渐溶解，产生气泡。

- 反应产生的气体为一氧化氮（NO），其特点为棕红色有刺激性气味的气体。

b. 稀硝酸与铜反应：- 观察到铜与稀硝酸反应时，会产生少量气泡，但没有明显的气味。

- 反应产生的气体为二氧化氮（NO2），其特点为深红棕色有刺激性气味的气体。

4. 实验结果分析：a. 浓硝酸与铜反应：- 浓硝酸具有强氧化性，能将铜氧化为Cu2+离子，并同时还原为一氧化氮（NO）气体。

- 反应过程中，铜逐渐溶解，溶液呈现蓝绿色。

b. 稀硝酸与铜反应：- 稀硝酸也能将铜氧化为Cu2+离子，但产生的气体为二氧化氮（NO2）。

- 反应过程中，铜溶解较慢，溶液呈现浅蓝色。

5. 实验安全提示：a. 实验过程中应佩戴实验手套和安全眼镜，以防溅溶液。

b. 实验结束后，将废弃物处理到指定的废弃物容器中，避免对环境造成污染。

结论：通过本实验，我们观察到铜与浓、稀硝酸反应的特点和产物形成情况。

浓硝酸与铜反应产生一氧化氮气体，稀硝酸与铜反应产生二氧化氮气体。

这是由于硝酸的强氧化性导致铜被氧化为Cu2+离子，并同时还原为相应的气体。

实验结果提示我们在实验操作中要注意安全，同时也加深了我们对铜和硝酸反应的理解。

Cu与浓硝酸、稀硝酸的反应实验【教学目标】1、知识与技能：了解铜与浓硝酸、稀硝酸的反应原理；掌握熟悉掌握该实验的实验操作2、过程与方法：利用自主学习和实验探究的方法，培养实验操作动手能力；通过浓稀硝酸的反应现象和反应产物的对比，增强对浓稀硝酸不同氧化性的理解3、情感态度与价值观：通过微型的实验装置的使用，增强环保意识；通过小组实验探究，增强小组团队精神和合作能力。

【教学重点】铜与浓硝酸、稀硝酸的反应原理；铜与浓硝酸、稀硝酸的反应现象和反应产物的对比【教学难点】微型实验仪器的安装与实验操作【教学过程】师：同学们大家好！今天我们要学习的是Cu与浓、稀硝酸的反应实验，我们之前已经学过铜与浓硝酸稀硝酸的反应方程，同学们试着写出它们的反应方程式生：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O师：看来同学们都掌握的很好，大部分同学都写对了投影：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O3Cu＋8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O由这两个反应我们知道不同浓度的物质，其反应产物也是不一样的师：同学们看一下实验台上的实验装置。

觉得跟平时的实验装置有什么不一样？生：这些实验装置好小啊！师:：对，我们今天使用的是微型实验器材，那它们有什么优点呢？生：实验试剂用量少，经济环保。

师：很好！首先介绍一下我们今天的实验仪器，有操作台，U型管、具支试管，套上乳胶管的尖嘴管及乳胶管各一支，橡胶塞两个，铜片2小块，浓硝酸，蒸馏水等师：在投影上展示该微型实验的实验装置师：同学们还记得我们初中学过的组装仪器时要遵守哪些规则吗？生：先下后上，先左后右。

师：没错。

现在同学们五个人为一组，自己动手将实验台上的仪器按照PPT上的装置图组装仪器，但是值得注意的是，该实验中用到的试剂具有强氧化性和腐蚀性，所以在操作的时候一定要特别小心。