張宗濤

【摘 要】濃硫酸和銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)教材中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)。為了提高化學(xué)反應(yīng)速率，突出化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象，便于觀察和探究，教材中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)方法有可改進(jìn)之處。本文主要探究了對(duì)高中化學(xué)濃硫酸和銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的方法和策略，通過(guò)簡(jiǎn)單易行的操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，做到操作簡(jiǎn)便，節(jié)約藥品，利于環(huán)保，深化學(xué)生對(duì)化學(xué)原理的認(rèn)識(shí)。

【關(guān)鍵詞】高中化學(xué);濃硫酸;銅;實(shí)驗(yàn);改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)是幫助學(xué)生理解化學(xué)知識(shí)，體會(huì)化學(xué)原理，深化認(rèn)識(shí)化學(xué)規(guī)律的一種有效方法，在化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中具有舉足輕重的作用。學(xué)生通過(guò)動(dòng)腦思考，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，主動(dòng)參與動(dòng)手操作會(huì)把枯燥的學(xué)習(xí)過(guò)程變得妙趣橫生。在動(dòng)手體驗(yàn)中，學(xué)生會(huì)直觀地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，了解操作方法，明確其中的化學(xué)原理，形成深刻的認(rèn)識(shí)和體會(huì)。教師要引導(dǎo)學(xué)生不斷地對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行創(chuàng)新，使學(xué)生能夠進(jìn)行發(fā)散思維，大膽想象，主動(dòng)實(shí)踐，通過(guò)創(chuàng)新性的方式來(lái)提高學(xué)生的理解能力，深化認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)本質(zhì)的掌握。

一、教材中實(shí)驗(yàn)的不足

教材中的這個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯，并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在著一定的藥品浪費(fèi)的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)過(guò)程種銅絲插在膠塞的凹槽種，氣密性不是很好，而且在檢驗(yàn)SO2時(shí)紫色石蕊試液或品紅溶液，氣體用量非常大，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)時(shí)間很長(zhǎng)，還容易造成倒吸現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為了觀察硫酸銅溶液的顏色就需要將裝置橡膠塞打開(kāi)，倒出來(lái)溶液時(shí)會(huì)有在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有反應(yīng)的銅片會(huì)繼續(xù)和濃硫酸反應(yīng)，生成有毒的二氧化硫逸出，這種氣體對(duì)環(huán)境存在著很大的污染不利于環(huán)境保護(hù)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的就是讓學(xué)生通過(guò)動(dòng)手操作能夠直觀地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，體會(huì)實(shí)驗(yàn)的神奇和變化，可是原來(lái)的實(shí)驗(yàn)并不能讓學(xué)生很好地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，失去了實(shí)驗(yàn)的目的和價(jià)值，而且實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性不足，也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果，需要通過(guò)改進(jìn)的方式來(lái)幫助學(xué)生直觀地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，幫助學(xué)生在觀察現(xiàn)象中理解規(guī)律，形成對(duì)知識(shí)的客觀性認(rèn)識(shí)。同時(shí)教師要引導(dǎo)學(xué)生節(jié)約用各種化學(xué)藥劑，做到不浪費(fèi)，更要從環(huán)保的角度來(lái)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，避免環(huán)境的污染，提高學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的方面

（一）改變實(shí)驗(yàn)裝置

為了避免實(shí)驗(yàn)裝置氣密性不足或者是不容易取出銅片的問(wèn)題，可以改變實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)將適量銅片直接放入到Y(jié)型試管的一端而不是普通的試管。這樣的實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單且易于操作，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)用時(shí)較短，而且可以很直觀、明確地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)中把試管變成Y型管，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所需要的試劑明顯減少，避免了實(shí)驗(yàn)藥品的浪費(fèi)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)除了常規(guī)的尾氣吸收外，不需要再打開(kāi)實(shí)驗(yàn)裝置，使剩余的SO2不會(huì)逸出，可以說(shuō)不容易造成環(huán)境污染，對(duì)于環(huán)保具有積極價(jià)值。

（二）改變實(shí)驗(yàn)試紙

為了避免檢驗(yàn)SO2時(shí)紫色石蕊試液或品紅溶液，氣體用量較大，實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，造成的倒吸問(wèn)題，可以改用濕潤(rùn)的藍(lán)色的石蕊試紙和品紅試紙檢驗(yàn)SO2的生成。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要用鑷子將濕潤(rùn)的藍(lán)色石蕊試紙放入到玻璃管中，在裝置的末端塞上蘸有濃氫氧化鈉溶液的棉花。通過(guò)加熱會(huì)看到左管會(huì)使?jié)饬蛩岱序v，反應(yīng)過(guò)程中會(huì)有氣泡出現(xiàn)，隨后品紅試紙就會(huì)褪色，藍(lán)色的石蕊試紙也會(huì)變紅。通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)試紙化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象呈現(xiàn)的更加清晰，學(xué)生會(huì)明確地看到試紙顏色的變化，在觀察中看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，體會(huì)到實(shí)驗(yàn)的變化，進(jìn)而體會(huì)到實(shí)驗(yàn)的價(jià)值和意義，形成對(duì)實(shí)驗(yàn)的深刻認(rèn)識(shí)和理解。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還可以用堿石灰吸收多余的SO2。

（三）改變實(shí)驗(yàn)操作

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要觀察生成的硫酸銅溶液顏色時(shí)，不用把溶液傾倒出來(lái)，直接用注射器向Y型試管右管注入蒸餾水就可以。注入蒸餾水會(huì)稀釋溶液，但并不會(huì)改變?nèi)芤?，可以觀察到實(shí)驗(yàn)后溶液的顏色，就是顏色稍微淺一些。當(dāng)注入蒸餾水之后，只需要微微傾斜Y型管，使左管溶液緩慢流入右管，就可以很直觀地觀察溶液顏色。學(xué)生會(huì)看到右管中的溶液是藍(lán)色的。

（四）改變尾氣處理

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中尾氣并沒(méi)有有效處理。為了避免空氣污染，可以通過(guò)在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后注入碳酸鈉溶液的方式來(lái)處理尾氣。采用這種方法主要是利用了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的CO2將殘留的SO2排出吸收，同時(shí)處理了余酸。

三、改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象

（一）準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)裝置

在動(dòng)手操作過(guò)程中，學(xué)生首先要用Y型試管來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)試管，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀器的安裝和準(zhǔn)備。當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒后，動(dòng)手操作，裝置好如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置圖。Y形試管的一端是用于排出氣體的，可以用一個(gè)氣球來(lái)搜集氣體，避免了環(huán)境的污染。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，首先去適量的濃硫酸加入到Y(jié)形試管中，用量不要太多，最好不要超過(guò)試管體積的三分之一。實(shí)驗(yàn)中所使用的膠塞是單孔膠塞，將5ml的注射器插入到膠塞中。在注射器的末端需要系上一段細(xì)銅絲，并在細(xì)銅絲的另一端系上一段螺旋狀的粗銅絲，用于化學(xué)反應(yīng)。為了使銅能夠接觸到濃硫酸就需要推動(dòng)注射器柱塞，當(dāng)銅與濃硫酸接觸時(shí)化學(xué)反應(yīng)就開(kāi)始了。為了使反應(yīng)結(jié)束，學(xué)生只需要輕輕拉出注射器的柱塞就可以了。為了更好地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，需要在硬質(zhì)的玻璃管中分別放上濕潤(rùn)的品紅試紙、濕潤(rùn)的石蕊試紙，在燒杯中加入適量飽和NaOH溶液。

（二）加熱酒精燈

用酒精燈加熱濃硫酸就會(huì)看到神奇的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生會(huì)看到加熱濃硫酸會(huì)產(chǎn)生大量的白霧，并且在直形玻璃管處有水珠生成。這種白霧實(shí)際上是一種酸霧，是化學(xué)反應(yīng)生成了SO2和H2O。這兩種物質(zhì)在試管中也會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成了H2SO3。也可能是濃硫酸在加熱時(shí)蒸發(fā)了水，濃硫酸的濃度不斷變高，產(chǎn)生了SO3。同時(shí)，酒精燈加熱Y形試管時(shí)，品紅試紙無(wú)色恢復(fù)紅色，紅色石蕊試紙不變色。

（三）觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

等到實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，要使試管中的濃硫酸與金屬銅脫離開(kāi)來(lái)，移去酒精燈，加熱硬質(zhì)玻璃管，這時(shí)候就可以清楚地觀察試紙顏色的變化。觀察中，學(xué)生會(huì)看到硬質(zhì)玻璃管中品紅試紙由紅色變?yōu)闊o(wú)色，藍(lán)色石蕊試紙會(huì)由藍(lán)色變成紅色。這說(shuō)明SO2具有漂白性，可以使品紅溶液褪色;藍(lán)色石蕊試紙變?yōu)榧t色說(shuō)明SO2是一種酸性氣體。通過(guò)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析會(huì)透過(guò)這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象看到知識(shí)本質(zhì)，形成對(duì)實(shí)驗(yàn)的深刻認(rèn)識(shí)，升華對(duì)知識(shí)的理解。在對(duì)試管內(nèi)的溶液進(jìn)行觀察時(shí)，學(xué)生會(huì)看到加熱結(jié)束后，試管內(nèi)液體變?yōu)闇\綠色，試管底部由灰色粉末狀沉淀，銅絲末端有少量黑色固體。通過(guò)對(duì)其原因進(jìn)行分析和思考，學(xué)生會(huì)認(rèn)識(shí)到因?yàn)闈饬蛩峋哂形?，可以吸收部分生成的水，形成水合硫酸分子。?dāng)溫度比較高的時(shí)候，水合硫酸分子離解，就會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的自由水分子，這些自由水分子會(huì)使銅離子絡(luò)合為四水絡(luò)銅例子。但是當(dāng)不加熱試管時(shí)，試管的溫度就會(huì)下降，硫酸分子吸附水分子的能力會(huì)增強(qiáng)，使絡(luò)合平衡向左移動(dòng)，溶液顏色變淺，甚至變成無(wú)色。

（四）探究沉淀物質(zhì)

在對(duì)實(shí)驗(yàn)最后的溶液進(jìn)行觀察時(shí)會(huì)看到有藍(lán)色溶液生成，并且有少量灰色不溶物。這些固體可能是化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物，可能是濃硫酸的氧化性氧化了銅，教師需要引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)化學(xué)的方式來(lái)驗(yàn)證，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)檢驗(yàn)的方式來(lái)驗(yàn)證自己的猜測(cè)。實(shí)踐中，學(xué)生可以把黑色固體浸沒(méi)在稀硫酸中，因?yàn)閿?shù)量比較少，也沒(méi)有辦法加快反應(yīng)速率，所以看不出來(lái)黑色固體有明顯變化，很難確定物質(zhì)是什么。通過(guò)進(jìn)一步思考和探究，學(xué)生會(huì)認(rèn)識(shí)到濃硫酸在與銅反應(yīng)的過(guò)程中，隨著溫度升高，氧化性也會(huì)不斷提高。由于氧化能力不同，銅被氧化的產(chǎn)物也不一樣，會(huì)首先產(chǎn)生氧化物，之后產(chǎn)生硫化物，達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)氧化能力最強(qiáng)，會(huì)形成CuSO4。之前產(chǎn)生的中間物質(zhì)黑色沉淀在這個(gè)過(guò)程中也會(huì)被氧化為白色CuSO4。學(xué)生在思考中會(huì)更好地理解SO2的氧化性質(zhì)，升華學(xué)生對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)。

四、總結(jié)實(shí)驗(yàn)原理

因?yàn)镾O2有一定的毒性，對(duì)環(huán)境造成了污染，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中就要避免污染環(huán)境的現(xiàn)狀出現(xiàn)。教師要通過(guò)有效的實(shí)驗(yàn)操作來(lái)凈化空氣。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用Y型試管的方式來(lái)操作實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)用的藥劑明顯減少，而且在用試紙檢驗(yàn)生成的SO2過(guò)程中所需要的氣體也很少，減少了對(duì)環(huán)境的污染。而且實(shí)驗(yàn)中采用蘸有濃氫氧化鈉的棉球作為吸收劑，有利于充分吸收多余的SO2，消除SO2對(duì)環(huán)境的不利影響。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，SO2的水溶液能夠使藍(lán)色石蕊試紙變成紅色，說(shuō)明了SO2具有一定的酸性;而且能夠使?jié)駶?rùn)的品紅試紙褪色，說(shuō)明了SO2具有漂白性;而且在實(shí)驗(yàn)最后可以用氫氧化鈉吸收尾氣，說(shuō)明了SO2具有氧化性。通過(guò)學(xué)生的深入分析和探究，學(xué)生會(huì)透過(guò)表面看到現(xiàn)象，形成對(duì)知識(shí)的深刻認(rèn)識(shí)，在分析中把握知識(shí)本質(zhì)。實(shí)驗(yàn)中，SO2容易溶于水，學(xué)生在觀察到試紙變色后可以注入水，保證裝置內(nèi)氣體不被提前溶解。同時(shí)，為了避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的倒吸現(xiàn)象，可以采用濕潤(rùn)的試紙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，會(huì)有效避免倒吸現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)最后溶液中可能會(huì)存在一定的濃硫酸，在注入蒸餾水時(shí)，會(huì)防止液體飛濺，并且利用無(wú)色溶液稀釋后變藍(lán)可以證明有硫酸銅物質(zhì)生成。在對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的分析中，學(xué)生會(huì)更好地體會(huì)濃硫酸的強(qiáng)氧化性，理解濃硫酸的氧化性表現(xiàn)在硫元素價(jià)態(tài)的變化上，鞏固SO2的性質(zhì)及檢驗(yàn)方法。在學(xué)生的體驗(yàn)中，學(xué)生主動(dòng)思考和探究，發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)造性和創(chuàng)新型，有利于學(xué)生探究能力的提高，對(duì)于學(xué)生的全面發(fā)展具有積極作用。

總之，通過(guò)學(xué)生對(duì)濃硫酸和銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，學(xué)生在探究中發(fā)揮了主體作用，積極思考和探究，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)變化來(lái)思考有效的化學(xué)操作，在體驗(yàn)中看到了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生在體驗(yàn)過(guò)程中主動(dòng)地思考知識(shí)，探究規(guī)律，充分地發(fā)揮了主觀能動(dòng)性，活躍了學(xué)生的思維，幫助在思考中內(nèi)化知識(shí)，提高能力，進(jìn)而落實(shí)核心素養(yǎng)。

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