楊麗娟+齊俊林

摘要：針對(duì)化學(xué)教材中“銅與濃硫酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)”存在不可控和污染等問(wèn)題，做了實(shí)驗(yàn)探究。用具支試管或干燥管作反應(yīng)器；螺旋狀的粗銅絲作反應(yīng)物實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)過(guò)程的控制；干燥管作檢驗(yàn)和吸收裝置；利用鼓氣球輔助消除反應(yīng)尾氣污染并縮短了實(shí)驗(yàn)耗時(shí)。

關(guān)鍵詞：銅與濃硫酸反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；鼓氣球；實(shí)驗(yàn)探究

文章編號(hào)：1005–6629（2017）12–0058–03 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問(wèn)題提出

銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)行高中化學(xué)教材中的重要演示實(shí)驗(yàn)之一。原人教版[1]的實(shí)驗(yàn)方法是：“在一支試管里加入一小塊銅片，然后再加入3mL濃硫酸，用裝有玻璃導(dǎo)管的單孔橡膠塞塞好，加熱。放出的氣體分別通入紫色石蕊試液或品紅溶液中”。蘇教版教材[2]的實(shí)驗(yàn)方法是：“將一小塊銅片放入試管中，然后加入2mL濃硫酸，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并用氫氧化鈉溶液吸收尾氣”。兩種版本的實(shí)驗(yàn)方法雖略有不同，但都試圖通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明銅與濃硫酸能夠發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸銅和二氧化硫氣體，從而證明濃硫酸具有強(qiáng)氧化性。從實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法來(lái)看，蘇教版比原人教版更合理一些，原因是置有尾氣吸收裝置。但它們都存在三個(gè)弱點(diǎn)，一是使用的都是銅片且和濃硫酸一起加熱，難以控制反應(yīng)的發(fā)生和結(jié)束，造成藥品浪費(fèi)；二是試管冷卻時(shí)，易發(fā)生倒吸現(xiàn)象；三是傾倒反應(yīng)器內(nèi)的液體時(shí)，會(huì)造成殘留的二氧化硫氣體外逸，污染教學(xué)環(huán)境。新人教版教材[3]的實(shí)驗(yàn)方法是用銅絲代替銅片，且不會(huì)發(fā)生倒吸。盡管解決了反應(yīng)的控制問(wèn)題和倒吸問(wèn)題，但仍然沒(méi)有解決二氧化硫的污染問(wèn)題。針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)方法存在的不足，我們利用具支試管、干燥管以及鼓氣球等進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，巧妙組合，圓滿(mǎn)解決教材中的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，收到較好的教學(xué)效果。

2 研究文獻(xiàn)

近年來(lái)，有關(guān)銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)的研究論文在各種教學(xué)期刊上已經(jīng)發(fā)表數(shù)十篇，歸納起來(lái)，主要研究和解決了以下三個(gè)問(wèn)題：其一，反應(yīng)的可控問(wèn)題[4～10]。改銅片為銅絲，通過(guò)銅絲的上下推拉或旋轉(zhuǎn)控制反應(yīng)的進(jìn)行；其二，檢驗(yàn)二氧化硫氣體的方法[11～15]。利用蘸有紫色石蕊試液、品紅試液脫脂棉團(tuán)或石蕊、品紅試紙代替溶液；其三，改變二氧化硫氣體吸收方法[16]。使用氫氧化鈉溶液或蘸有氫氧化鈉溶液的脫脂棉吸收反應(yīng)過(guò)程中外逸的二氧化硫氣體，防止污染空氣。盡管研究銅與濃硫酸反應(yīng)的文章很多，但真正研究二氧化硫污染問(wèn)題的并不多，基本上被忽視，已不適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色、環(huán)保的要求。因此，解決該實(shí)驗(yàn)的污染問(wèn)題才是改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，突破實(shí)驗(yàn)污染的瓶頸應(yīng)是當(dāng)務(wù)之急。

3 設(shè)計(jì)理念

通過(guò)對(duì)銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，重點(diǎn)解決以下四個(gè)問(wèn)題：一是解決實(shí)驗(yàn)的可控問(wèn)題；二是解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的倒吸問(wèn)題；三是解決檢驗(yàn)二氧化硫的方法問(wèn)題；四是解決二氧化硫的污染問(wèn)題。通過(guò)潛心研究、精心設(shè)計(jì)、巧妙組合，使實(shí)驗(yàn)充分體現(xiàn)簡(jiǎn)單合理、綠色環(huán)保、便于操作、現(xiàn)象明顯等諸多特點(diǎn)，從而達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果。

4 實(shí)驗(yàn)原理

（1）銅與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水：

Cu+2H2SO4△=CuSO4+SO2↑+2H2O；

（2）二氧化硫能夠使紅色的品紅試液褪色；

（3）氫氧化鈉與二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈉和水：

2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O。

5 設(shè)計(jì)方案

5.1 方案一

利用具支試管作反應(yīng)器；干燥管內(nèi)盛放用品紅試液潤(rùn)濕的脫脂棉團(tuán)檢驗(yàn)二氧化硫氣體、用氫氧化鈉溶液潤(rùn)濕的脫脂棉團(tuán)吸收剩余的二氧化硫氣體；利用鼓氣球?qū)⒎磻?yīng)器內(nèi)殘留的二氧化硫氣體鼓出被脫脂棉團(tuán)內(nèi)的氫氧化鈉吸收。

5.2 方案二

利用一支干燥管作為反應(yīng)器；另一支干燥管作為吸收裝置，內(nèi)放用品紅試液潤(rùn)濕的脫脂棉團(tuán)檢驗(yàn)二氧化硫氣體、用氫氧化鈉溶液潤(rùn)濕的脫脂棉團(tuán)吸收剩余的二氧化硫氣體。

6 實(shí)驗(yàn)方法

6.1 實(shí)驗(yàn)一

6.1.1 實(shí)驗(yàn)用品

具支試管1支（2cm×20cm）；單球干燥管1支；鼓氣球1個(gè)；燒杯1只（100mL）；直角玻璃管1根；酒精燈1盞；火柴1盒；彈簧夾1個(gè)；單孔2號(hào)、3號(hào)橡膠塞各1個(gè)；鐵架臺(tái)、鐵夾、十字夾各1個(gè)；鐵鉗1把；膠管、脫脂棉若干

濃硫酸（98%）；粗銅絲（20cm）1根；30%氫氧化鈉溶液；品紅溶液；蒸餾水；凡士林

6.1.2 材料加工

取1根粗銅絲，用鐵鉗在一端彎成螺旋狀，其直徑小于具支試管的內(nèi)徑；將粗銅絲的另一端從單孔3號(hào)橡膠塞的中央穿過(guò)，在橡膠塞的上下方分別涂上凡士林；將彎成直角的玻璃管的一端從單孔3號(hào)橡膠塞的大頭端穿過(guò)，在上方的玻璃管一端裝上鼓氣球（如圖1所示）。

6.1.3 實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（1）將儀器、藥品按圖組裝好，然后固定在鐵架臺(tái)上（如圖2所示，鐵架臺(tái)、鐵夾、十字夾已略去）。

（5）待具支試管內(nèi)的二氧化硫氣體排盡時(shí)，取下具支試管上的橡膠塞及干燥管，將具支試管內(nèi)的液體倒入盛有少量蒸餾水的燒杯內(nèi)，可觀察到溶液變?yōu)樗{(lán)色。

6.2 實(shí)驗(yàn)二

6.2.1 實(shí)驗(yàn)用品

干燥管2支；酒精燈1盞；小燒杯1只（100mL）；單孔2號(hào)橡膠塞1個(gè)；鼓氣球1個(gè)；鐵鉗1把；膠頭1個(gè)；鐵架臺(tái)、十字夾、鐵夾各1個(gè)；脫脂棉若干

濃硫酸（98%）；30%氫氧化鈉溶液；品紅試液；粗銅絲（20cm）；蒸餾水

6.2.2 材料加工endprint

取1支干燥管，用酒精燈加熱細(xì)管部位彎成一個(gè)直角。取一根粗銅絲，在其下端用鐵鉗彎成一個(gè)螺旋狀。

6.2.3 實(shí)驗(yàn)方法及現(xiàn)象

將儀器、藥品按圖組裝好后固定在鐵架臺(tái)上（如圖3所示，鐵架臺(tái)、十字夾、鐵夾已略去）。

加熱一段時(shí)間后，撤去酒精燈，停止加熱，上提粗銅絲，使螺旋狀部分離開(kāi)液面，反應(yīng)立即停止。

取下上方的干燥管，將反應(yīng)器內(nèi)的液體緩慢倒入盛有少量蒸餾水的小燒杯內(nèi)，燒杯內(nèi)的液體變藍(lán)。

7 結(jié)束語(yǔ)

二則改進(jìn)實(shí)驗(yàn)分別利用具支試管或干燥管作為反應(yīng)器；螺旋狀的粗銅絲作為反應(yīng)物對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行控制；干燥管作為檢驗(yàn)和吸收裝置，管內(nèi)前面放置蘸有品紅試液的棉團(tuán)用于檢驗(yàn)二氧化硫、后面放置蘸有氫氧化鈉溶液的棉團(tuán)用于吸收二氧化硫從而消除污染；利用鼓氣球?qū)⒎磻?yīng)器內(nèi)殘留的二氧化硫氣體迅速排出吸收，縮短實(shí)驗(yàn)耗時(shí)，很好地解決了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的可控性和污染等問(wèn)題。

二則改進(jìn)實(shí)驗(yàn)均具有取材容易、制作簡(jiǎn)單、操作方便、現(xiàn)象明顯、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，既可作課堂演示，又可作學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，教學(xué)效果十分理想。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社化學(xué)室編著.全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)（必修）·化學(xué)（第一冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2003：131.

[2]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)1[M].南京：江蘇教育出版社，2009：92.

[3]人民教育出版社課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·化學(xué)1[M].北京：人民教育出版社，2007：101～102.

[4]羅宿星，勾華，伍遠(yuǎn)輝.銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)[J].遵義師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，（2）：115～116.

[5]魏崇啟.濃硫酸與銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2012，（9）：47～49.

[6]楊麗君，莎麗麗.銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的探究[J].玉溪師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，（12）：43～45.

[7]尚廣斗，高萬(wàn)松，王艷華.銅與濃硫酸反應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)的綠色化創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2013，（1）：25.

[8][11][16]陳迪妹，朱俊燕，王艷妮，金珍蓓.銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的綠色化設(shè)計(jì)[J].中學(xué)教學(xué)參考，2012，（29）：100.

[9][12]馬林紅.銅與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].中學(xué)教學(xué)參考，2012，（8）：98.

[10]閆小敏.銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，1997，（1）：6.

[13]吳桂英，夏年利.銅與濃硫酸反應(yīng)系列實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2003，（11）：15～16.

[14]許衛(wèi)鵬，衷明華.銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的微型化改造[J].中學(xué)教學(xué)參考，2013，（32）：92.

[15]趙麗亞.銅和濃硫酸反應(yīng)的再探究[J].高中數(shù)理化，2014，（12）：63.endprint