浓、稀硝酸与铜反应实验创新
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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 + 2H2O
2. 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
NO2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 + H2O
4.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。稀释后NO2与水反应生成无色的HNO3，所以变为蓝色。
实验教学目标：
核心素养目标：
通过浓硝酸与铜反应，生成物中Cu(NO3)2溶液颜色变化的探究提升学生实验探究与创新意识。对颜色变化的本质原因分析，提升学生宏观辨识与微观探析；通过NO2尾气吸收的过程认识环境保护和资源合理开发的重要性，具有可持续发展意识和绿色化学观念。提升学生科学精神与社会责任。
二、稀硝酸与铜反应实验创新如下
课本中的演示实验现象为稀硝酸最终变成蓝色溶液，产生红棕色气体。据铜和稀硝酸反应原理来看应该生成物应该是NO，而NO应是无色气体。
课本实验缺点 1、即使有氢氧化钠溶液处理气体产物，但处理效果不佳，很易污染环境，威胁教师、学生的健康。
2、由于反应固体和液体不易分离，无法控制实验的结束。
3、无法证明铜片与稀硝酸反应的产物是NO。
那么如何证明铜与稀硝酸反应产物为一氧化氮，采用何种方排除装置中氧气的干扰并且吸收NO防止空气污染呢？所以针对以上问题我对铜和稀硝酸的反应进行了改进。
实验改进说明
1）反应利用稀硝酸将U型管中的空气排除，反应在无氧条件下进行，可使学生观察到了NO的真正颜色为无色气体。
2）NO气体将硝酸液体从U型管右边排入到左边长颈漏斗中，验证了NO在水中的溶解度较小，同时也验证了NO难溶于水的性质。
3）NO气体进入长颈漏斗中和空气中氧气发生反应生成NO2，验证了NO的化学性质。在分液漏斗中加水红棕色变成无色，间接的验证了NO2和水发生反应的性质。
实验教学的反思与评价
1、将铜与稀硝酸反应以及产物验证两个实验有效地整合在一个实验中，省时、省药品。
2、本实验器材简单、操作简便、现象明显，有利于提高学生学习化学的兴趣。
3、本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、本实验没有污染环境，达到了绿色环保的要求。
5、利用实验操作和现象，提高学生观察能力、思考能力和分析解决问题的能力。
本节实验课是学生收获了知识与能力，获得了成就感，激发了学习化学的热情。
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