铝、镁、铜粉与硝酸钠溶液反应的实验探究

董顺��

摘要： NO-3在不同的条件下氧化性及还原产物不同，通过实验探究了NO-3在不同的条件下与不同金属单质的反应，发现NO-3的氧化性受溶液的酸碱性和反应温度的影响。同时还发现铝粉与NO-3在中性和碱性条件下均可发生反应产生氨气，这应为铝的特性，可用铝的这一性质检验溶液中是否含有NO-3。

关键词： 硝酸钠溶液； 铝粉： 镁粉； 铜粉； 实验探究

文章编号： 10056629（2018）8007304 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

1 由一道模拟试题说起

题目 （北京市朝阳区2018届高三一模理综第12题）某同学进行如下实验（溶液的浓度均为1mol/L）。

下列对实验现象的解释或推测不合理的是

A ①中： 2Al+2OH-+2H2O2AlO-2+3H2↑

B 根据上述实验判断，NaNO3的氧化性强于水

C ②中： Al+3NO-3+6H+Al3++3NO2↑+3H2O

D ③中使湿润pH试纸变蓝的气体是NH3

解析： ②中应为Al在酸性条件下与NO-3反应生成NO，NO与空气中的O2反应生成NO2，故C选项解释不合理。

答案： 选C。

由以上试题可以看出，铝粉与NO-3在中性和酸性条件下均可反应，且NO-3的还原产物分别为NH3和NO，那么在碱性条件下NO-3能否氧化铝粉，在不同条件下铝的氧化产物分别是什么？其他金属单质与NaNO3溶液反应吗？

2 理论分析

查阅了武汉大学、吉林大学等校编著的《无机化学》[1]，有以下标准电极电势。

由以上电极半反应式知，当溶液酸性增强时，NO-3的氧化性增强。从化学热力学的角度看，在中性条件下NO-3能氧化铝粉，而本身被还原为NH3。

另外，在高温条件下Pb粉可与NaNO3发生下列反应[2]：

3 实验探究

3.1 实验设计思路

受参考文献[3， 4]启示，设计如下实验： 分别取等量铝粉与NaNO3溶液在中性、酸性及碱性条件下反应，比较异同。同时，设计对照实验用KNO3溶液代替NaNO3溶液重复上述实验。对于其他金属能否与NaNO3溶液反应，选择比铝性质活泼的镁和比铝性质稳定的铜以及与铝性质相似的锌分别在酸性、碱性及中性条件下与NaNO3溶液反应，比较异同。

3.2 实验药品

铝粉（AR）、镁粉（AR）、铜粉（AR）、锌粉（AR）、37%浓盐酸（AR）、NaNO3（AR）、KNO3（AR）、NaOH（AR）、FeSO4·7H2O（AR）、5%H2O2溶液、KSCN溶液

3.3 实验用品

酒精灯、火柴、试管、试管夹、红色石蕊试纸、广泛pH试纸、淀粉KI试纸

3.4 实验准备

（1） 用托盘天平称量8.5g NaNO3固体于250mL烧杯中，加98mL蒸馏水，搅拌，溶解，得浓度约为1mol·L-1 NaNO3溶液，备用。

（2） 用托盘天平称量10.1g KNO3固体于250mL烧杯中，加98mL蒸馏水，搅拌，溶解，得浓度约为1mol·L-1 KNO3溶液，备用。

（3） 用量筒量取98mL蒸馏水倒入盛有4.0g NaOH固体的烧杯中，搅拌，溶解，冷却至室温，得浓度约为1mol·L-1 NaOH溶液，备用。

（4） 用量筒量取8.4mL 37%濃盐酸（浓度约为12mol·L-1）于250mL烧杯中，加入91.6mL蒸馏水，搅拌，混匀，得浓度约为1mol·L-1 HCl溶液[5]，备用。

3.5 实验内容及现象

3.5.1 铝粉与NO-3的反应

实验1 取三支编号为①②③的小试管，各加入1药匙（约2.5g）铝粉，再向上述三支试管中分别加入2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，并向①号试管中滴加2滴1mol·L-1 NaOH溶液，向②号试管中滴加2滴1mol·L-1 HCl溶液，向③号试管中滴加2滴蒸馏水，三支试管中均看不到明显的气泡。分别加热上述三支试管，①号试管和③号试管内立即产生剧烈反应，停止加热，反应仍剧烈进行，产生大量刺激性气味的气体，用湿润的红色石蕊试纸靠近管口，试纸变蓝，同时固体表面有白色物质生成。②号试管中仍看不到明显的红棕色气体，将湿润的淀粉KI试纸靠近管口，试纸变蓝，靠近试管口，能闻到淡淡的NO2的刺激性气味。

实验2 取三支编号为④⑤⑥的小试管，分别加入1药匙（约2.5g）铝粉，向④号试管中加入2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液和1mL 1mol·L-1 NaOH溶液，向⑤号试管中加入2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，向⑥号试管中加入2mL 1mol·L-1 KNO3溶液。振荡④号试管约3分钟，剧烈反应，产生大量能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的刺激性气味的气体。振荡⑤号试管，现象不明显，将湿润的红色石蕊试纸置于管口，试纸不变蓝。加热⑥号试管，立即剧烈反应并产生大量能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的刺激性气味的气体。

实验3 分别取①号试管和③号试管内的上层清液，滴加1mol·L-1 HCl溶液，产生大量白色胶状沉淀，继续滴加1mol·L-1 HCl溶液，沉淀溶解。

实验4 向试管中加入半小匙（约0.5g）铝粉，然后再加入4mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，加热，反应开始后停止加热，反应停止。将湿润的红色石蕊试纸置于管口，试纸不变蓝，将湿润的pH试纸置于管口，试纸变蓝。继续加热，反应继续进行。

实验5 向试管中加入1药匙（约2.5g）铝粉，滴加10滴1mol·L-1 NaNO3溶液，4mL蒸馏水和10滴1mol·L-1 NaOH溶液，振荡，加热，剧烈反应产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的刺激性气味的气体。

实验6 向试管中加入1药匙（约2.5g）铝粉和1药匙（约2g）NaNO3固体，加2mL蒸馏水，振荡，加热，静置5分钟，剧烈反应产生大量能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的刺激性气味的气体。

实验7 向试管中加入1药匙（约2.5g）铝粉和1药匙（约2g）NaNO3固体，加2mL 1mol·L-1 NaOH溶液，振荡，试管变热，剧烈反应，产生大量气体，将湿润的红色石蕊试纸置于管口，试纸变蓝。

3.5.2 镁粉与NO-3的反应

实验8 取三支编号为⑦⑧⑨的小试管，各加入1药匙（约1g）镁粉，再向上述三支试管中分别加入2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，并向⑦号试管中滴加1mL 1mol·L-1 NaOH溶液，向⑧号试管中滴加2滴1mol·L-1 HCl溶液，向⑨号试管中滴加2滴蒸馏水，振荡，⑧号试管中有明显的无色无味的气泡产生。分别加热⑦号和⑨号试管，看不到明显现象，用湿润的红色石蕊试纸靠近管口，无变化，将湿润的pH试纸置于管口，无变化。

实验9 向小试管中加入1药匙（约1g）镁粉，再滴入2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液和1mL 1mol·L-1 HCl溶液，振荡，立即产生大量的无色气泡，用拇指堵住管口片刻，靠近酒精灯火焰，移开拇指，发出尖锐的爆鸣声。将湿润的淀粉KI试纸靠近管口，试纸变蓝，能闻到NO2的刺激性气味。

3.5.3 铜粉与NO-3的反应

实验10 向两支试管中各加入1平匙（約2g）铜粉和2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，并分别加入1mL 1mol·L-1 NaOH溶液和1mL 1mol·L-1 HCl溶液，振荡，看不到明显现象，将湿润的淀粉KI试纸靠近管口，试纸不变色。加热两支试管至沸腾，将湿润的淀粉KI试纸靠近管口，滴有HCl溶液的试管口附近的淀粉KI试纸变蓝。

实验11 向试管中加入1平匙（约2g）铜粉和1平匙（约1g）NaNO3固体，再加入2mL 1mol·L-1 HCl溶液，振荡，看不到明显现象，加热至沸腾，剧烈反应，产生大量红棕色气体，将湿润的淀粉KI试纸靠近管口，试纸变蓝，溶液呈蓝绿色。

实验12 向试管中加入1平匙（约2g）铜粉和2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，再加入2mL 37%浓盐酸，振荡，加热至沸腾，剧烈反应，产生大量红棕色气体，将湿润的淀粉KI试纸靠近管口，试纸变蓝，溶液呈蓝绿色。

3.5.4 FeSO4与NO-3的反应

实验13 取1药匙（约2g）FeSO4·7H2O晶体于试管中，加蒸馏水溶解，再加入适量还原铁粉，充分振荡，静置，取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液不变红，将上述溶液分成四等份，每份约0.5mL。一份滴加0.5mL 5%H2O2溶液，溶液立即变为血红色。一份滴加1mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，溶液颜色无变化，加热至沸，溶液颜色仍无变化。一份滴加1mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，溶液颜色无变化，再滴加1mL 1mol·L-1 HCl溶液，振荡，溶液呈淡淡的红色，加热，溶液红色略加深。一份滴加1mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，溶液颜色无变化，再滴加0.5mL 37%的浓盐酸，振荡，溶液变红，加热，溶液红色加深。

3.5.5 锌粉与NO-3的反应

实验14 取两支小试管，各加入1药匙（约2.5g）锌粉，再分别加入2mL 1mol·L-1 NaNO3溶液，一支试管滴加1mL 1mol·L-1 NaOH溶液，振荡，两支试管中均无明显现象，加热至沸，仍无明显现象，将湿润的红色石蕊试纸置于管口，试纸不变蓝，将湿润的pH试纸置于管口，试纸不变蓝。

4 结果与讨论

4.1 铝粉与NO-3的反应

铝粉在酸性条件下与NaNO3稀溶液的反应主要是发生NO-3被还原为NO的反应，而且常温下反应较慢。

铝粉在中性及碱性条件下与NaNO3溶液的反应为放热反应，当铝粉量较多时，加热引发反应后由于反应放出的热量足以维持反应继续进行，所以能快速反应。在中性条件下，当铝粉量较少时，由于放出的热量较少，停止加热，反应接近停止。

碱性条件下，由于碱溶液能除去铝粉表面的氧化膜，同时铝与碱溶液反应放热，该反应更容易发生。

由实验1～实验3可知，在中性及碱性条件下，Al与NO-3反应的化学方程式可能为：

由实验5～实验7可知，能用铝粉在碱性和加热条件下检验溶液中是否存在NO-3，若存在则能产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体。

4.2 镁粉与NO-3的反应

镁虽然活泼性比铝强，但镁粉在中性及碱性条件下与NaNO3溶液不反应。在酸性条件下，溶液中同时存在Mg+2H+Mg2++H2↑与3Mg+8H++2NO -33Mg2++2NO↑+4H2O的竞争反应。

4.3 铜粉与NO-3的反应

铜粉在中性及碱性条件下与NaNO3溶液均不反应。在酸性条件下，反应受温度、c（NO-3）和c（H+）的影响，若用该方法检验溶液中的NO-3，应加入浓酸并加热，检验结果方可靠。

4.4 FeSO4与NO-3的反应

由实验13得知，在中性条件下，NO-3与Fe2+在溶液中可以大量共存，在酸性条件下NO-3可将Fe2+氧化为Fe3+，而且，酸性越强、温度越高，反应速率越快。

4.5 锌粉与NO-3的反应

锌虽然和铝的性质有相似的地方，但锌粉在中性及碱性条件下与NaNO3溶液不反应。

由以上讨论可知，比铝性质活泼的镁、比铝性质稳定的铜以及和铝性质相似的锌均不能在中性及碱性条件下与NaNO3溶液反应。因此，铝粉在中性及碱性条件下与NaNO3溶液的反应，可认为是铝的特性。

参考文献：

[1][2]武汉大学，吉林大学编.无机化学（第三版）[M].北京： 高等教育出版社，1994： 662； 663； 666.

[3]董顺.乙醇使溴水褪色的实验探究[J].化学教学，2014，（10）： 55～56.

[4]董顺，胡长庚.FeCl3与FeSO4混合溶液中Fe2+检验方法的实验探究[J].化学教学， 2017，（3）： 79～81.

[5]方宾，王伦.化学实验（上册）[M].北京： 高等教育出版社， 2003： 181.