铜和浓硝酸【铜与浓硝酸的反应速度何以先慢后快】
时间：2019-02-05 03:30:18 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
文章编号:1005-6629(2010)07-0081-02 中图分类号:G633.8 文献标识码:B Cu跟浓HNO3在低温时,刚开始反应速度比较慢,这是事实。但是笔者从《化学教学》2009年12期3页上见到有作者竟指出,“在0 ℃～10 ℃的较低温度下,Cu跟浓HNO3会出现异常,反应难以发生”。该作者曾在《化学教学》1996年7期第39页上对此还有如下的解释:低温时, Cu(NO3)2在浓HNO3中的溶解度较低,在铜的表面生成的Cu(NO3)2不能及时扩散到溶液中去,而是覆盖在铜片的表面,发生了一种类似钝化的现象。
下面拟想就上述解释和Cu与浓HNO3的反应速度何以先慢后快作进一步讨论。
第一,Cu跟浓HNO3在低温时的反应速度慢是事实,但是远不可以用“异常” �“难以发生反应“去形容。因为,即使把Cu片放入用冰盐水降温到-4 ℃～-6 ℃的浓HNO3中,Cu片周围都可以立等可见生成浅绿色 → 绿色的Cu(NO3)2溶液(溶有NO2的硝酸铜溶液呈绿色)。
第二, Cu(NO3)2在水中溶解度之大是很少见的(见下表)。
可见,说Cu跟浓HNO3 反应“生成的Cu(NO3) 2在浓HNO3中的溶解度较低,会在Cu片表面形成一种类似钝化现象”的解释是缺少逻辑和事实根据的。
本来浓HNO3具有很强的氧化势(E =0.77V)可以氧化Cu,至于何以低温时的反应速度慢,温度低本身就是导致反应速度慢的重要外因。
不知读者是否注意到了,即使温度很低,Cu跟浓HNO3反应的速度也会很快(比较而言)。下面的实验或许可以使我们获得更多的认识。
两个试管都注入相同体积的浓HNO3,让其中的左管通入少量(几个气泡)NO2(溶有NO2的浓HNO3呈淡黄色),当同时在两管中放入大小相同的Cu片时,你会发现左管在同样的低温下(0℃～10℃)的反应速度明显比右管要快得多,溶液很快变成较深的绿色(溶有NO2的Cu(NO3)2溶液呈绿色)。
溶有NO2的浓HNO3为什么会迅速启动它跟Cu的反应, 使反应速度会明显加快的原因是这样解释的。
第一,溶有NO2的浓HNO3中含有氧化性比浓HNO3更具有强氧化性的HNO2(E =0.99V)。
NO2+H2O=HNO3+HNO2
这种解释还可以用下述的实验作证:如果你发现低温时Cu跟浓HNO3反应速度较慢,你只须向溶液中投进米粒大小的一点NaNO2晶体,反应所提供的HNO2和NO2就会使Cu跟硝酸的反应被启动,使反应立即剧烈起来。
NaNO2+HNO3=HNO2+NaNO3
2HNO2=H2O+NO+NO2
第二, 从反应机理上看[1],浓硝酸的氧化性与硝酸中经常会存在由光化分解而生成的NO2的催
化作用有关。这里NO2有起着传递电子的作用:
NO2+e-=NO2-
NO2-+H++=HNO2
HNO3+HNO2=H2O+2NO2
硝酸通过NO2获得还原剂(Cu)的电子,反应便被加速。发烟硝酸和溶有NO2的浓HNO3具有比纯的浓HNO3有更强的氧化性和更快的反应速度,正是因为在酸中已经有了氧化性更强的HNO2和起催化作用的NO2所致。
综上,Cu跟浓HNO3反应,最初速度慢的原因,一是温度低,二是没有生成具有更强氧化性的HNO2和具有催化作用的NO2;尔后的反应快,恰恰是反应自身生成了氧化性更强的HNO2, 和聚集了越来越多起催化作用的NO2;再加上反应过程的放热导致温度升高,更增强了硝酸的氧化性,所以后来的反应速度会越来越快,这当然就是自然的事了。
参考文献:
[1]曹锡章�张畹蕙等修订.无机化学 第二版(下册)北京:高等教育出版社,1988:118.
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