铜与浓硝酸反应溶液颜色探究

第2课时 硝酸课程标准课标解读1．掌握浓、稀硝酸的强氧化性，了解硝酸的重要用途。

2．通过比较浓硝酸与稀硝酸性质的差异，认识硝酸浓度对反应产物的影响。

1．通过硝酸中氮元素的化合价分析硝酸的化学性质。

（宏观辨识与微观探析）2．通过对实现现象的观察、分析和推理，培养学生的实验能力、观察能力、思维能力，提高学生的化学素养。

（证据推理与模型认知）3．能依据实验目的，设计并优化实验方案，对硝酸相关性质进行探讨。

（科学探究与创新意识）知识点01 硝酸1．物理性质硝酸是一种无色，易挥发，具有刺激性气味的液体。

能与水以任意比互溶。

2．化学性质（1）硝酸是一元强酸，具有酸的通性。

能使紫色的石蕊试液变红、与某些金属氧化物反应、与某些盐反应、与碱反应。

但硝酸与金属反应一般不产生H 2。

硝酸与CaCO 3反应的化学方程式为：CaCO 3+2HNO 3=Ca(NO 3)2+CO 2↑+H 2O 。

（2）不稳定性硝酸不稳定，见光或受热易分解，化学方程式为：4HNO 3========受热或光照2H 2O ＋4NO 2↑＋O 2↑。

硝酸的保存方法：密封贮存在低温、避光处。

市售硝酸常因溶有少量NO 2略显黄色。

（3）【实验探究】硝酸的强氧化性 【实验1】铜与浓硝酸反应实验现象：试管中铜片溶解，有红棕色气体产生，溶液变蓝色，集气瓶中收集到无色气体。

实验结论：铜与浓硝酸反应生成了硝酸铜和NO 2气体。

【实验2】铜与稀硝酸反应目标导航知识精讲实验现象：试管中铜片溶解，有无色气体产生，溶液变蓝色，集气瓶中收集到无色气体。

实验结论：铜与浓硝酸反应生成了硝酸铜和NO 气体。

（4）硝酸的强氧化性硝酸是一种氧化性很强的酸，能与大多数金属（除Au 、Pt 等少数金属以外）、许多非金属以及有机物发生氧化还原反应。

①HNO 3与金属反应分别写出浓硝酸、稀硝酸分别与Cu 的反应方程式： Cu ＋4HNO 3(浓)===Cu(NO 3)2＋2NO 2↑＋2H 2O 3Cu ＋8HNO 3(稀)===3Cu(NO 3)2＋2NO↑＋4H 2O ②硝酸与非金属的反应写出C 与浓硝酸反应的方程式：C ＋4HNO 3(浓)=====△CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O 。

铜与浓硝酸的化学反应方程式
今天我在学校做了一个好玩的实验！老师拿出了好多东西，其中就有一块铜和一瓶浓硝酸。

哇哦，好神奇啊，老师告诉我们这两样东西一加在一起就会发生化学反应哦！
老师先把铜块放进了浓硝酸里，哇——铜块好像一下子被吞进去了一样，冒起了好多黄色的烟雾，呲呲呲，真的好大声呀！我看到铜块渐渐变小了，颜色也变了，像是变成了溶液一样。

老师说，这就是铜与浓硝酸的反应，它会生成硝酸铜和氮的氧化物，还会释放出一些气体。

老师写下了反应方程式：
Cu+2HNO₃→Cu(NO₃)₂+H₂O+NO₂↑
我看得眼睛瞪得大大的，好像铜变魔术一样，变成了蓝蓝的溶液。

还闻到了一股怪怪的味道，呛得我有点咳嗽。

老师笑着说，这就是反应中释放的气体。

嘿嘿，好神奇呀！
虽然有点吓人，但我觉得这个实验真有趣！以后我一定要多学学化学，做更多有意思的实验！
—— 1 —1 —。

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）。

铜与硝酸反应所得溶液呈绿色的实证研究摘要:在Cu与HNO3溶液反应体系中，当HNO3浓度较高时产物主要为NO2，浓度较低时产物主要为NO，实验认为Cu与浓HNO3反应后一般得到绿色溶液，但实验发现铜与稀HNO3作用时也能得到绿色溶液。

通过对绿色溶液组成的探究，发现Cu与HNO3溶液反应之所以会变绿色的主要原因是因为反应产物中存在HNO2或NO2－，同时提出中间产物HNO2可以认为Cu与硝酸反应的催化剂，Cu与HNO3反应是自催化的化学过程。

关键词:铜硝酸绿色溶液实验探究反应机理1 问题提出硝酸在一般情况下都能与Cu发生反应，其产物都有Cu(NO3)2溶液，理论上，Cu(NO3)2溶液由于存在Cu2+(aq)而呈蓝色，但Cu和浓HNO3反应后的溶液往往呈绿色，夏立先、吴思杰老等老师认为溶液显绿色是由Cu2+和NO2相互作用引起的[1]，也有人认为是还原产物NO2溶解在Cu(NO3)2溶液中引起的[2]。

为了验证上述文献所述的结论，笔者做了以下实验。

[实验1]在有足量的铜丝的烧杯中滴加适量的浓HNO3后，发现反应剧烈、产生红棕色气体，溶液先变为蓝色，然后逐渐变为绿色，随着反应的进行，溶液最终又得到了蓝色溶液。

[结论]Cu和浓HNO3反应后的溶液的确有时呈绿色，但当得到的Cu(NO3)2溶液较大时，溶液转化为蓝色。

[实验2]取少量蓝色的Cu(NO3)2溶液于小烧杯中，往烧杯中不断通入NO2，发现蓝色的Cu(NO3)2溶液转化为绿色。

以上2个实验说明文献[1、2]的结论是正确的，但是当我们进行[实验3]时发现，Cu和稀硝酸反应也得到了绿色溶液。

[实验3]取50mL0.6mol/LHNO3和过量的铜丝置于250mL的烧瓶中，在铜丝与硝酸混合后几小时内几乎无明显现象，而后溶液逐渐变为浅蓝色，再变为蓝色，反应3天多时间后溶液为绿色。

假如上述文献的结论是正确的，那么铜丝与0.6mol/L稀HNO3反应最终是不会得到绿色溶液呢，因为Cu 与稀HNO3反应的还原产物是NO而不是NO2。

6.3 硝酸探究1 物理性质探究2 (1)实验探究(Ⅰ)试管内产生红棕色气体，酸呈黄色，(Ⅱ)铜片逐渐溶解；产生气泡；气体；溶液由无色变为蓝色(Ⅲ)铜片逐渐溶解；产生气泡；出现红棕色气体，色气体；将实验Ⅱ中铜片改为铁片或①酸的通性：a ．硝酸是强酸，其电离方程式为：HNO 3===H ＋＋NO －3。

b ．具有酸的通性：能使酸碱指示剂发生颜色变化，能与金属、碱性氧化物、碱、盐发生反应。

②不稳定性：见光或受热分解的化学方程式： 4HNO 3(浓)=====光照或加热4NO 2↑＋O 2↑＋2H 2O 。

③强氧化性：[必记结论](1)纯硝酸为无色液体，由于HNO3分解产生的NO2又溶于其中，浓硝酸一般呈黄色；质量分数为95%以上的硝酸为发烟硝酸。

(2)硝酸具有强氧化性，除Pt、Au之外，硝酸几乎能与所有金属反应，硝酸与金属反应不产生H2。

(3)常温下，Fe、Al遇浓硝酸钝化是在金属表面形成一层致密的氧化膜，阻止反应进一步进行，并非不反应。

(4)硝酸与金属反应一般显酸性和氧化性；与非金属反应一般显示氧化性。

(5)用棕色细口玻璃瓶保存硝酸，不能用橡胶塞，原因是硝酸腐蚀橡胶。

[成功体验]1．将浓HNO3与下列“物质(或方法)”的“反应情况”和“表现性质”用短线连接。

解析：浓HNO3具有酸性能使指示剂变色，并能氧化指示剂。

浓HNO3具有强氧化性，常温下使Fe、Al钝化，与Cu反应生成Cu(NO3)2，与非金属C加热生成CO2气体，但不能与Pt、Au反应。

在加热或见光时易分解。

答案：①－c－Ⅲ，②－d－Ⅱ、Ⅲ③－b－Ⅱ、Ⅲ，④－f－Ⅰ⑤－a，⑥－e－Ⅲ探究1 含氮物质的来源及其危害(1)pH ＜5.6的雨水称为酸雨：酸雨分硫酸型和硝酸型，我国酸雨类型为硫酸型，主要原因是大量含硫化石燃料的燃烧造成的。

(2)“赤潮”和“水华”均是水体富营养化造成污染的结果。

探究2 减少人类活动对氮循环和环境的影响措施 (1)控制进入大气、陆地和海洋的有害物质的数量。

2023北京海淀高三查缺补漏化 学2023.05第一部分化学实验：1．下列实验过程中观察到的现象与氧化还原反应有关的是A ．H 2S 溶液和H 2SO 3溶液混合，产生浅黄色沉淀B ．向常温下c (OH -) = 1×10-12 mol·L -1的溶液中滴加石蕊溶液，颜色变红C ．向白色Mg(OH)2悬浊液中滴加0.1 mol·L -1的FeCl 3溶液，产生红褐色沉淀D ．将少量CH 3COONH 4固体加入0.1 mol·L -1的CH 3COOH 和甲基橙混合溶液中，溶液颜色变黄 2．将浓氨水分别滴加到下列试剂中，产生的实验现象、体现出的NH 3·H 2O 性质以及对应的方程式不正确．．．的是O已知：K sp (BaSO 4)=1.1×10-10，K sp (BaCO 3)=5.1×10-9。

取少量提纯后的NaCl 固体，加水溶解，向溶液中滴加BaCl 2溶液，仍能看到白色浑浊。

为提高SO 42-的去除率，下列改进操作有效的是A ．在步骤①加入两种溶液之间增加一次过滤操作B ．在步骤②后增加沉淀的洗涤操作C ．在步骤③中加入略过量的HCl 溶液D ．步骤④改为小火加热浓缩，之后降温结晶 4．某实验小组探究过量甲醛与新制氢氧化铜的反应。

①依次加入过量饱和BaCl 2溶液和过量饱和Na 2CO 3溶液 ②过滤③在滤液中加入适量HCl 溶液④蒸发提出猜想：HCHO + Cu(OH)2Cu + CO↑ + 2H 2O已知：ⅰ．CO + 2Ag(NH 3)2OH === 2Ag↓+ (NH 4)2CO 3 + 2NH 3ⅱ．Cu 2O + H 2SO 4 === Cu + CuSO 4 + H 2O实验步骤实验装置及内容实验现象 步骤1反应结束后，A 中生成红色固体，C 无明显变化步骤2将A 中混合物过滤，洗涤所得固体，取少量固体于试管中，加入稀硫酸，振荡无明显现象步骤3 取步骤2中的滤液于试管中，加入足量稀盐酸 无明显现象 下列说法不正确．．．的是 A ．配制银氨溶液时，应向稀AgNO 3溶液中加入稀氨水，至产生的沉淀恰好溶解 B ．装置B 的主要作用是除去挥发的甲酸，防止干扰CO 的检验 C ．步骤3目的是检验反应后溶液中是否存在CO 32-D ．该实验中，过量甲醛与新制氢氧化铜可能发生的反应为：HCHO + Cu(OH)2 + NaOH Cu↓ + HCOONa + 2H 2O 有机化学：5．肾上腺素具有提高心脏收缩力、扩张气管的功能，其结构如图所示。