硝酸强氧化性实验的创新设计

摘要：针对教材中浓硝酸的强氧化性的性质，设计了相关的创新实验，包括探究浓硝酸和铜的反应、二氧化氮可溶性的喷泉实验，以及二氧化氮与水反应生成稀硝酸，稀硝酸的氧化性能使淀粉碘化钾变色的实验。在实验的创新上重在增强实验的安全性、色彩性、实验过程中的趣味性和实验操作的简约性。创新实验实现了浓、稀硝酸在密闭容器中的转化，并同时实现了浓、稀硝酸强氧化性的性质探究。

关键词：创新实验;硝酸的强氧化性;喷泉实验

一、引言

化学人教版必修一第四章第四节教材中，关于硝酸的性质，在介绍完浓硫酸的性质后，简单地描述，硝酸也能发生类似的反应。然后给出了铜和浓、稀硝酸反应的方程式，并没有相关的实验，同时未考虑到如何处理生成的有毒气体，很难达到让学生理解硝酸性質的目的，难激发学生的学习的兴趣。趣味化学实验能起到吸引学生，激发学生兴趣、调动其积极性的作用。 针对这些问题，笔者对硝酸的氧化性设计了实验，在铜和浓硝酸反应的基础上做了改进，加入了一些安全性强、趣味性强、视觉冲击力大、研究性质多的新设计、新想法，更能充分发挥学生学习主动性，培养学生化学学科核心素养。

二、创新实验

1.实验用品

实验药品：浓硝酸、铜丝、淀粉碘化钾溶液。

实验仪器：铁架台（带铁夹）、具支试管、圆底烧瓶、橡皮塞、橡胶管、止水夹、烧杯、玻璃导管、温度变色条。

2.实验原理

Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O

3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO

6KI+8HNO₃=6KNO₃+2NO↑+3I₂+4H₂O

硝酸具有强氧化性，在一定浓度下能氧化有机色素使其褪色。

3.实验过程

3.1.实验准备

按下图1组装仪器并检查装置的气密性，打开止水夹，然后在具支试管中加入约5ml左右的浓硝酸，在烧杯中装入淀粉碘化钾溶液（大于圆底烧瓶的容量）。

图1   实验装置

3.2.实验步骤、实验现象和实验结论

【探究实验一】浓硝酸和铜的反应

步骤：

1.将圆底烧瓶中的长导管下端浸入淀粉碘化钾溶液中;

2.将带有铜丝的橡皮塞，塞紧具支试管（铜丝下端浸入浓硝酸溶液中）。

现象：铜丝和浓硝酸接触后，反应现象剧烈，铜丝溶解，有大量的红棕色气体生成，溶液变成绿色。温度变色条指示快速变化，上升到最高位。（见右图2）

结论：金属与酸的反应为放热反应。硝酸既具有酸性又具强氧化性。

【探究实验二】稀硝酸和淀粉碘化钾溶液的反应

步骤：

1.当圆底烧瓶中充满红棕色气体后，并伴有淀粉碘化钾溶液倒吸到圆底烧瓶中的现象时，将铜丝拉高，与浓硝酸溶液分离，反应停止;

2.关闭止水夹。

现象：圆底烧瓶中有蓝色喷泉出现，圆底烧瓶中红棕色气体颜色变浅，烧杯中淀粉碘化钾溶液变蓝。（见右图3）

结论：NO₂与水反应，生成稀硝酸，气压减小，形成喷泉;稀硝酸也有强氧化性。

三、实验创新的优点

1.用材简单、操作简单。活动铜丝，随时可终止反应。该装置不仅适用教师演示实验，还可作为学生实验。

2.安全环保。全封闭环境下进行实验和处理有毒尾气。

3.一套装置多个实验，试剂用量少，可涉及反应多，给课堂和学生知识拓展空间大。

4.试剂的选择上，大胆的用了淀粉碘化钾溶液来验证稀硝酸的氧化性，通过颜色的强烈的变化对观察者视觉的冲击，达到让观察者认识到硝酸无论浓稀都有强氧化性的目的。

5.构思巧妙。巧用温度变色条，一目了然的看出反应温度变化，打破常规触摸感受温度变化的思维模式。巧用喷泉实验处理尾气，并验证稀硝酸的氧化性。即达到了实验目的，又让学生们感受到化学现象之美。同时提高学生学习化学的兴趣和增强了学习体验。

6.此实验不仅帮助学生更好的学习了硝酸的性质，还复习巩固了二氧化氮和水的反应。可谓 “一举多得”。

经过这样的实验创新活动，大大的激发了学生和教师参与实验的热情，充分培养了“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部：普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，15-16

[2]文继明.利用倒吸原理实现铜和浓、稀硝酸反应的联合实验[J].中学化学教学参考，2019（3）：26

[3]陶文亚.铜和浓硝酸反应实验的新设计[J].中学化学教学参考，2019（3）：28

[4]屈春芸.“颠倒装置”三则[J].中学化学教学参考，2019（3）：29-30

[5]候文群.关于化学实验探究能力模型的构建和讨论[J].中学化学教学参考，2019（6）：12-16

通讯作者信息：阮茹，女，1977年出生，湖北武汉人，大学本科学士，化学专业。现工作于深圳市南山外国语学校（集团）高级中学。曾获得省级教学能手，深圳市“高考先进个人”，全国化学竞赛园丁奖，全国高中学生化学素质与能力竞赛“优秀教练员”，广东省高中学生化学竞赛“优秀教练员”，深圳市化学竞赛优秀教练员等荣誉;被评为深圳市南山区骨干教师;被聘为高三化学名师工作室导师;多篇论文获得过全国化学学术年会及市区级论文评比奖项;多篇论文发表在《中学生报》刊号CN44-0088上。多次主持或参与广东省重要课题研究。