铜与浓硝酸反应的演示实验

铜和浓硝酸反应的化学方程式
铜和浓硝酸反应的化学方程式是：Cu（s）+4HNO3（aq）=Cu（NO3）2（aq）+2NO2（g）+2H2O（l）。

这个反应表明，金属铜在浓硝酸的作用下，会产生氮氧化物Cu（NO3）2和一氧化氮NO2以及水分子H2O。

因此，这一反应也被称为“铜的硝化反应”。

铜和浓硝酸反应的反应原理是：硝酸的H+离子可以攻击金属铜，使其受到氧化作用，形成一氧化氮NO2，同时金属铜被氧化成Cu2+离子，并与硝酸中的氮原子结合，形成了二价离子Cu（NO3）2.这样，两种气体NO2和H2O就被产生出来了。

实验中，可以将金属铜放入浓硝酸中，使其反应，产生出氮氧化物Cu（NO3）2和一氧化氮NO2。

当反应结束后，可以用重量法测量反应物和生成物的量，以确定反应的化学方程式。

铜和浓硝酸的反应本质上是一个氧化还原反应，其中金属铜作为还原剂，被氧化成Cu2+离子；而HNO3则是氧化剂，其中的H+离子可以攻击金属铜，使其氧化。

另外，可以看到，铜和浓硝酸反应的中间过程中有一氧化氮NO2的生成，因此这个反应具有一定的危险性，在实验中要注意安全。

此外，铜和浓硝酸反应的化学方程式中，右端有水分子H2O的生成，这也意味着，在反应过程中会产生大量的热量，因此实验中应注意采取相应的措施，避免发生意外。

总之，铜和浓硝酸反应的化学方程式是：Cu（s）
+4HNO3（aq）=Cu（NO3）2（aq）+2NO2（g）+2H2O（l）。

这一反应本质上是一个氧化还原反应，在实验中要注意安全，并采取相应的措施，以保证反应过程的顺利进行。

总第342期2020年7月铜与浓硝酸反应实验的改进张少文摘　要：铜与浓硝酸的反应是苏教版高中《化学(必修1)》中的一个演示实验，按照教材中的步骤来完成此实验，有一些不足之处。

将此实验进行适当改进，可以节约试剂，提高环保性，同时发展学生的化学学科核心素养。

关键词：铜；浓硝酸；实验；改进作者简介：张少文，本科，高级教师。

浙江省海盐县元济高级中学，314300一、问题的提出苏教版高中《化学(必修1)》第100页的实验1，将铜片置于具支试管的底部，通过分液漏斗加入2 mL 浓硝酸，将产生的气体通入倒置于水槽里充满水的集气瓶中，观察实验现象(见图1)。

图1按教材中实验描述铜与浓硝酸会迅速反应，生成红棕色的二氧化氮气体，现象明显，但也有缺点和不足，如反应无法控制，直至铜片或硝酸完全反应后才会停止，造成药品的浪费。

此外，若要实现一氧化氮与氧气的反应，需要将集气瓶从水槽中取出，容易使气体产物逸散而造成污染。

二、实验改进1.实验目的学习铜与浓硝酸的化学反应，通过该创新实验体会知识与实际生活的联系，培养学生的环保意识，体会知识间的联系在实验设计中的重要性，培养学生的实验创新意识[1]，发展学科核心素养。

2.实验原理Cu + 4HNO 3( 浓)==Cu(NO 3)2 + 2NO 2↑+ 2H 2O 3NO 2 + H 2O ==2HNO 3 + NO ↑2NO + O 2==2NO 2↑3.实验仪器与药品大试管1支、2支塑料注射器(规格10 mL)、塑料瓶(规格50 mL)、橡皮塞、铜丝、浓硝酸、蒸馏水。

4.实验步骤及现象(1)组装好装置，检查气密性，装入浓硝酸，将铜丝插入浓硝酸中(见图2)。

图2(2)可以观察到铜丝与浓硝酸剧烈反应，溶液变成蓝绿色，同时产生大量的红棕色二氧化氮气体，充满整个试管。

此时，将铜丝抽离浓硝酸，用2支注射器吸满二氧化氮气体(见图3)。

图3(3)用注射器将吸取的红棕色气体注入装有蒸馏水的小塑料瓶中(见图4)。

铜与浓硝酸反应后的溶液颜色探究东海县第二中学王怀海【实验教学目标】1.通过实验掌握浓硝酸的不稳定性与硝酸的强氧化性2.通过对铜与浓、稀硝酸反应后生成硝酸铜溶液颜色的不同的探究，培养学生分析解决问题的能力和初步的科学探究能力。

【实验用品】试管、酒精灯、胶头滴管、U型管、分液漏斗、试管夹、导管、水槽、集气瓶、橡皮塞；浓硝酸、0.5mol/L硝酸铜溶液、水、硝酸铜晶体、铜片、火柴。

【知识准备】Cu2+在水溶液中一般呈现颜色，NO气体是色，NO2气体是色。

1.硝酸的不稳定性（1）实验室长期放置的浓硝酸呈黄色是因为什么？试用化学方程式解释之。

（2）如何使呈黄色的浓硝酸恢复为无色？说说你的方法及理由。

2.硝酸的强氧化性（1）铜与浓硝酸：Cu＋4HNO3(浓)＝Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O现象：常温下反应剧烈，铜片溶解；有色的气体产生；溶液变；加水稀释溶液变为色。

（2）铜与稀硝酸：3Cu＋8HNO3(稀)＝3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O现象：常温下反应缓慢，铜片溶解；有色的气体产生；气体接触空气时立即变成色；溶液变。

3.铜与浓稀硝酸反应生成硝酸铜颜色不同的探究铜与浓稀硝酸反应都有共同的产物硝酸铜，理论上得到的溶液都为蓝色，但实际实验中，铜与稀硝酸反应得到的溶液是蓝色的而与浓硝酸反应后得到的溶液是绿色的。

加水稀释后溶液变为蓝色。

引起这种变化的原因是什么？师生共同探讨，猜想：猜想1：铜与浓硝酸中生成的Cu2+浓度比稀硝酸大，加水稀释Cu2+浓度减小，溶液变为蓝色。

猜想2：铜与浓硝酸生成的NO2是红棕色的，溶解于硝酸铜溶液中与其蓝色相互影响而显绿色。

教师引导，师生共同设计实验方案针对猜想1设计实验方案1：配制少量0.5mol/L的硝酸铜稀溶液，观察溶液颜色，加入硝酸铜晶体直至饱和，观察溶解过程中溶液的颜色变化。

针对猜想2（方案3与4的设计对学生有一定的难度，因此设计了硝酸不稳定性实验，以此启发学生的思路）设计实验方案2：配制少量0.5mol/L硝酸铜稀溶液，观察溶液颜色，向其中通入NO2气体，观察颜色变化。

铜和浓硝酸反应配平方法
铜和浓硝酸反应配平方法：电子得失法
电子得失法的原理是：氧化一还原反应中，还原剂失去电子的总数必须等于氧化剂获得电子的总数。

根据这一规则，可以配平氧化一还原反应方程式。

1．从反应式里找出氧化剂和还原剂，并标明被氧化或还原元素的原子在反应前后化合价发生变化的情况，以便确定它们的电子得失数。

2。

使得失电子数相等，由此确定氧化剂和还原剂等有关物质化学式的系数。

3．由已得的系数，判定其它物质的系数，由此得配平的反应式。

配平金属铜与浓硝酸起反应的化学方程式：
Cu十HNO3(浓)——Cu(NO3)2十NO2↑十H2O
[分析](1)从反应式看，HNO3为氧化剂，Cu为还原剂。

其化合价的变化和电子得失的情况为：0+5+2+4
Cu+HNO3---Cu(NO3)2+NO2+H2O
(2)使电子得失数相等，由此确定以此有关的物质的系数：
0+5+2+4
1Cu十HNO3——1Cu(NO3)2十2NO2十H2O
(3)据此，推断其它化学式的系数：反应式右边生成物多出2个N原子，故必须在反应式左边再增加2个HNO3才可使两边的N原
子平衡，此时左边共有4个HN03，为使两边的氢原子数相等，右边H2O的系数应配为2，于是得：Cu十4HNO3——Cu(NO3)2十2NO2十2H2O
(4)氧原子未作考虑，但所有系数均已确定了，故还得最后验证一下，若两边的氧原子平衡了，则方程式就可被确认配平。

实际上上式的氧原于已平衡了，故得：Cu十4HNO3======Cu(NO3)2十2NO2↑十2H2O。

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。

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。

2021年第2期 (总第536期）H实验N 地“铜与浓硝酸孩应”创新实骝*张光良(徐州市铜山区大许中学江苏徐州221124)文章编号：1002-2201 (2021) 024X )564M中图分类号:G 633.8文献标识码：B化学实验是化学课程的重要特征之一，对于全面发 展学生的化学核心素养有着极为重要的作用。

化学实 验能够激发学习兴趣，启迪科学思维，训练科学方法，培 养科学态度，是化学教学中最重要的教学内容。

在化学实验操作过程中经常会产生有毒有害气体, 任意排放这些有毒气体会污染大气、影响人们的身心健 康。

如何有效处理实验中的有毒气体、实现尾气的绿色 化处理日益成为化学教育工作者的首要任务。

绿色化 实验就是借助新型的化学工业技术及化学基本原理，从 根本上杜绝或者降低制造及使用诸多对自然环境、社会 稳定与人类健康有害的物质[1]。

实现绿色化实验的措 施很多，对于不同实验需采用不同的处理策略。

化学实验中容易造成倒吸，操作者一般都会竭力避 免。

然而，某些实验恰恰可以利用倒吸原理，实现尾气的 绿色化处理。

铜与浓硝酸反应正是这样一个典型例子。

—、实验来源苏教版(2014年）《化学1》专题四第二单元生活中 的含氮化合物“硝酸的性质”中[观察与思考]图4 - 15 所示的实验装置（见图1)，在教学过程中，发现该实验 存在以下几处不足：1. 不够严谨会使学生误解红棕色N 02气 体是反应生成的NO 与具支试管 内空气中氧气反应的产物。

2. 尾气处理不够绿色化产生有毒的N 02、N 0不能够图1教材实验装置完全绿色化处理，在具支试管和集气瓶内最终还残存 N 02、N 0 气体。

3. 缺乏可控性无法及时、有效地控制铜与浓硝酸的反应进程。

为了使实验更加严谨科学、绿色化、可控，进行了如 下创新设计。

二、实验用品药品:浓硝酸（10. 〇 m o l /L )、稀盐酸（1.0 m ol /L )、氢氧化钠溶液(2. 0 m o l /L )、铜条、碳酸钙（碎石子）。