《影响铜与稀硝酸反应速率因素的研究》

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1、《影响铜与稀硝酸反应速率因素的研究》本课题的来源是广州市高三化学班期中考试中的一道实验题。题目是：铜和稀硝酸在常温常压下反应，开始时反应速率非常慢，但是随着反应的进行，反应速率不断地加快。这是什么原因？大多数学生意见不一，有的说是因为铜和稀硝酸的反应是放热反应，随着反应的进行不断放出热量，是温度升高而使反应的速率增大；有的则说是反应过程中生成了气体，使反应体系的压强增大，因而后来的反应速率也随之增大。大家都为此争论不休，温度、浓度、压强，到底是哪一个因素使反应后来的速率增大了呢?为了寻根究底，3个学生决定自己动手去

2、做实验。老师点评：课题来源于课本，来源于练习，这是研究性学习实施的具体化。（一）试验阶段针对影响化学反应速率的因素——浓度、压强、温度，学生逐一进行了分析。学生认为，随着铜和稀硝酸反应的进行，硝酸的浓度应该是不断减少的，而铜的量则不影响该体系的速率，由上只能推论反应速率应不断减少，故不可能是浓度因素引起后来反应速率的增大。浓度这一因素被排除了。学生通过认真观察分析发现，整套实验发生装置是与大气相通的，因而该反应体系可看作是恒压体系，生成的气体会不断地向外排出，故生成的气体不会使体系的压强增大，因此压强也不是影响该反

3、应后来反应速率增大的主要因素。那么，到底主要因素是不是温度呢?学生翻阅了手头上的文献资料，文献对于温度这一因素予以肯定，注解是说反应放出的热量加快了后来的反应速率。针对这一说法，学生做了以下实验。老师点评：学会提出问题是研究性学习的重要内容之一。实验一：探讨温度对反应速率的影响1.实验准备试剂：浓度为1∶3的稀硝酸，5片小指头大的铜片(已除氧化膜)，10％的NaOH溶液(用于吸收实验产生的尾气)仪器：平底烧瓶，带导管和温度计的胶塞，烧杯。(实验装置如图1)图1铜与稀硝酸反应的装置2.实验过程：常温常压下，让稀硝酸和

4、铜充分反应，观察并记录实验现象，每隔5分钟记录溶液的温度。3.实验结果和实验现象随着反应的进行，温度的变化如表1所示：(实验结果如表1)表l在反应过程中，温度的变化和实验现象时间（min）温度（℃）现象025铜片表面出现小气泡，但是速度比较缓慢5～2526溶液有很浅的蓝色，气泡生成速度有少许加快3026.2溶液浅蓝色加深，气泡开始均匀冒出3526.5气泡均匀不断冒出4026.7在烧瓶中出现很淡的黄色4526.9淡黄色逐渐清晰可见50～8027溶液中蓝色明显变深，烧瓶中出现浅棕色 4.数据处理：温度变化随着反应时间的

5、函数关系如图2所示。5.实验结论虽然此反应为放热反应，但在一个多小时的反应过程中，温度仅升高2℃，并且在反应速率增大的同时，溶液温度并没有明显提高。因此，我们认为，温度不是影响反应后来速率增大的最主要因素。老师点评：提出问题——实验设计——数据分析和处理（实验现象和讨论）——实验结论，这是科学素质的具体体现。三位学生提出的实验设计思路，以及采取数据处理的方式，例如，表1的设计，图2的设计均具有很高的科学素养。（二）进一步探讨既然以上各种都不是主要因素，那么会是什么呢?根据影响化学反应速率因素的理论得知，除了温度、浓

6、度、压强，就只有催化剂了。我们又想到，既然是反应到一定阶段速率才逐渐加快，那么不可能是反应中段另外加入催化剂，那么只可能是反应的产物对该反应有催化作用。到底是什么呢?3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，我们首先想到的是生成的铜离子。于是，我们做了以下试验：用两支试管分别盛等量的铜片和稀硝酸，标号A、B，在A试管中加入少量的CuSO4·5H2O晶体，然后对比两支试管的现象。我们发现，A的反应速率并不比B快。而且两试管的现象基本相同。这就告诉我们，Cu2+并不是反应的催化剂。老师点评：在中学学习

7、中所涉及到的催化剂均是指加入催化剂加快了化学反应速率。三位学生针对此课题提出了：“在反应过程中产生了催化剂的假设”是一种创新思维。这一点是他们课题的精华。我们有点百思不得其解，毕竟我们熟悉的催化剂并不多，这个失败了，也就一点线索都没有了，我们失望了，有点前功尽弃的感觉。无助之时，想到的还是向老师请教。老师建议我们去找一些高等化学教材看一下，可能会有意外收获。在图书馆里转啊转，一本又一本地浏览着。正是“山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村”，我们终于找到了答案。老师点评：学会查阅文献是解决问题的方法之一。文献中指出：“作为

8、氧化剂，稀硝酸不同于浓硝酸之处在于稀硝酸的反应速率慢，氧化能力较弱，被氧化的物质不能达到最高价态，如Hg2+。稀硝酸的氧化作用可以认为首先被还原为NO2，但是因为速度慢，NO2的产量不多，所以它来不及逸出反应体系就又被进一步还原成NO或N2、NH4+等。从反应机理上看，硝酸的氧化性与硝酸中经常会存在由光化分解而来的NO2催化作用有关。NO2起着传递电子的作用