影响铜与稀硝酸反应速率因素的研究..doc

《影响铜与稀硝酸反应速率因素的研究》 广州市第6 中学 本课题的来源是广州市6 中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 0 25 铜片表面出现小气泡，但是速度比较缓慢 5～25 26 溶液有很浅的蓝色，气泡生成速度有少许加快 30 26.2 溶液浅蓝色加深，气泡开始均匀冒出 35 26.5 气泡均匀不断冒出 40 26.7 在烧瓶中出现很淡的黄色 45 26.9 淡黄色逐渐清晰可见 50～80 27 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：“作为氧化剂，稀硝