祁校駿

高中化學(xué)中對(duì)銅和濃硫酸的反應(yīng)開始了逐步的探究，體現(xiàn)了濃硫酸的強(qiáng)氧化性和酸性，使學(xué)生的化學(xué)知識(shí)進(jìn)一步升華。在此實(shí)驗(yàn)中，各種物質(zhì)特殊性質(zhì)只能分別逐一實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，儀器組裝及操作復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性強(qiáng)，產(chǎn)生的SO₂氣體容易擴(kuò)散到空氣中造成污染，不利于學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)探究精神。基于此種情況，我設(shè)計(jì)了“銅與濃硫酸反應(yīng)一體化演示實(shí)驗(yàn)可視儀器”，將多種物質(zhì)性質(zhì)演示整合在一套實(shí)驗(yàn)裝置中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，具有很強(qiáng)的對(duì)比性，儀器組裝及操作簡(jiǎn)便，藥品利用率高，安全實(shí)用，避免SO₂擴(kuò)散到空氣中造成污染，可在較短時(shí)間內(nèi)高效完成連續(xù)多步可視實(shí)驗(yàn)。裝置可完成銅與濃硫酸和稀硫酸反應(yīng)的對(duì)比，還能完成SO₂氣體與高錳酸鉀溶液的反應(yīng)（還原性驗(yàn)證）和品紅溶液暫時(shí)褪色反應(yīng)（暫時(shí)漂白性驗(yàn)證）、濃硫酸稀釋放熱的現(xiàn)象，以及Cu²⁺顏色隨濃度變化的一體化可視實(shí)驗(yàn)，完善了高中化學(xué)教學(xué)中的一體化實(shí)驗(yàn)。

核心儀器特點(diǎn)及原理

儀器特點(diǎn)

對(duì)比反應(yīng)一體化試管（如圖1）：采用2支具支試管的特殊連接，用斜坡連通管將1大、1小的具支試管連在一起，并采用加固桿形成三角連接加固裝置，根據(jù)力學(xué)原理三角形設(shè)計(jì)更加堅(jiān)固。大試管中加入濃硫酸，加熱膨脹，通過(guò)斜坡連通管由低處向高處進(jìn)入到小試管的蒸餾水中，完成酸溶液的濃度的變化，同時(shí)符合濃硫酸稀釋“酸入水的原理”，形成明顯對(duì)比實(shí)驗(yàn)；再利用生成的SO₂氣體，使壓強(qiáng)增大的大試管中生成的硫酸銅溶液，通過(guò)斜坡連通管由低處向高處壓入到小試管中，觀察到銅離子溶液顏色由深綠色向藍(lán)色轉(zhuǎn)變，形成明顯對(duì)比現(xiàn)象。

氣體反應(yīng)加液一體化漏斗（如圖2）：采用可控加液漏斗，并在漏斗頸部再用“上進(jìn)下出與溶液反應(yīng)在上部吸收及導(dǎo)氣”的原理進(jìn)行氣體性質(zhì)驗(yàn)證容器，形成一體化反應(yīng)及加液裝置，簡(jiǎn)化了復(fù)雜的傳統(tǒng)儀器串聯(lián)裝置，更適宜組裝及同時(shí)開展多步化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

儀器裝置實(shí)物圖及實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

此實(shí)驗(yàn)儀器可完成銅與濃硫酸和稀硫酸反應(yīng)的對(duì)比，還能完成SO₂氣體與高錳酸鉀溶液的反應(yīng)（還原性驗(yàn)證）和品紅溶液暫時(shí)褪色（暫時(shí)漂白性驗(yàn)證）的反應(yīng)、濃硫酸稀釋放熱的現(xiàn)象，以及Cu²⁺顏色隨濃度變化的一體化實(shí)驗(yàn)。此套獨(dú)創(chuàng)裝置，新穎易組裝，操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)象明顯，儀器安全，實(shí)用性強(qiáng)，在短時(shí)間內(nèi)可完成多種探究實(shí)驗(yàn)。儀器裝置實(shí)物圖及實(shí)驗(yàn)說(shuō)明如圖3所示。

實(shí)驗(yàn)步驟

組裝儀器，并進(jìn)行局部氣密性驗(yàn)證。

在對(duì)比反應(yīng)一體化試管中加入銅片，并在小試管中加入少量蒸餾水（5mL）；氣體反應(yīng)加液一體化漏斗中添加98%濃硫酸25mL。

打開漏斗上部玻璃瓶塞，轉(zhuǎn)動(dòng)活塞，向大試管內(nèi)加入20mL濃硫酸。

點(diǎn)燃酒精燈加熱大試管，濃硫酸受熱膨脹，部分進(jìn)入小試管。

生成的氣體使滴加酸性高錳酸鉀濾紙褪色及品紅溶液完全褪色后，用止水夾密封a和c之間的橡膠管。

生成的氣體將大試管中硫酸銅溶液緩慢壓入到小試管，觀察顏色變化。

熄滅酒精燈。

將外徑容器中褪色的品紅溶液加熱，觀察溶液顏色變化。

實(shí)驗(yàn)完畢，冷卻拆分裝置。

創(chuàng)新點(diǎn)或改進(jìn)點(diǎn)

利用獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)的“氣體反應(yīng)加液一體化漏斗”“對(duì)比反應(yīng)一體化試管”和尾氣處理裝置組合成一套可視化多種性質(zhì)演示儀器，順利實(shí)現(xiàn)觀察銅與濃硫酸反應(yīng)、SO₂性質(zhì)和Cu²溶液顏色隨濃度變化而變化，以及硫酸濃度變化性質(zhì)改變的一系列特殊性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)演示，為高中化學(xué)教學(xué)提供了一套組裝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)易、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、易于教學(xué)的實(shí)驗(yàn)儀器。

該項(xiàng)目獲得第32屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員創(chuàng)新成果科教制作類一等獎(jiǎng)。

專家評(píng)語(yǔ)

該項(xiàng)目原理科學(xué)，構(gòu)思巧妙。在一體化可視實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)多種物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，操作簡(jiǎn)易，制作規(guī)范，教學(xué)效果明顯，有示范推廣價(jià)值。希望該項(xiàng)目在工藝方面進(jìn)一步提高。