袁朝英

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué)江寧分校,江蘇 南京 211102)

“銅與濃硫酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要內(nèi)容,涉及很多知識(shí)點(diǎn)和基礎(chǔ)理論知識(shí).根據(jù)對(duì)舊版化學(xué)教材中“銅和濃硫酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的分析可知,該實(shí)驗(yàn)存在著不完善之處,需要優(yōu)化和改進(jìn).為了彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)中現(xiàn)存的缺陷,已將銅板轉(zhuǎn)換為銅片,再和濃硫酸反應(yīng).但是,此改進(jìn)實(shí)驗(yàn)也不完美,在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后,即使已經(jīng)撤掉了酒精燈,仍然無(wú)法停止化學(xué)反應(yīng),造成實(shí)驗(yàn)試劑的浪費(fèi)[1].需要廣大教師繼續(xù)研究該化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方法.

1 化學(xué)教材中的“銅和濃硫酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)

在帶有導(dǎo)管的橡膠塞側(cè)面挖凹槽,插入銅線線圈.試管中加入2 mL濃硫酸,用橡膠塞塞住,使?jié)饬蛩崤c銅線接觸.加熱后,將產(chǎn)生的氣體依次通入品紅溶液和石蕊溶液中,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.向外拉銅線終止反應(yīng),冷卻后,將試管中的內(nèi)容物慢慢倒入另一支加少許水的試管中,觀察溶液顏色.

注意事項(xiàng):

(1)圖標(biāo)說(shuō)明

①需要佩戴護(hù)目鏡,保護(hù)眼睛;

②實(shí)驗(yàn)中會(huì)用到明火.要正確使用火源,并束好長(zhǎng)發(fā)、系緊寬松衣物;

③實(shí)驗(yàn)中會(huì)遇到加熱操作,或用到溫度較高的儀器.應(yīng)選擇合適的工具進(jìn)行操作,避免直接觸碰;

④實(shí)驗(yàn)中會(huì)用到或產(chǎn)生有害氣體,或產(chǎn)生煙、霧.應(yīng)開(kāi)啟排風(fēng)管道或排風(fēng)扇;

⑤實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室前需用肥皂等清洗雙手.

(2)濃硫酸具有很強(qiáng)的腐蝕性,在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意安全防護(hù)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?認(rèn)識(shí)濃硫酸與銅的反應(yīng),進(jìn)一步了解SO2性質(zhì)、掌握濃硫酸性質(zhì).

實(shí)驗(yàn)原理:

實(shí)驗(yàn)器材:試管、酒精燈、直角玻璃導(dǎo)管、一個(gè)小孔的橡皮塞、量筒、燒杯.

圖1為傳統(tǒng)“銅和濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)”裝置圖.

圖1 傳統(tǒng)“銅和濃硫酸”反應(yīng)實(shí)驗(yàn)圖

2 “銅和濃硫酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)作用是讓學(xué)生更容易理解化學(xué)現(xiàn)象,學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí),感知化學(xué)原理.學(xué)生在參與動(dòng)手體驗(yàn)中能更直觀地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,了解操作方法和化學(xué)原理,形成更深刻的認(rèn)知體會(huì).針對(duì)“銅和濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)”中的問(wèn)題進(jìn)行分析,再提出改進(jìn)方法.

2.1 高中化學(xué)教材中“銅和濃硫酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題

2.1.1實(shí)驗(yàn)器材選擇問(wèn)題

為了讓實(shí)驗(yàn)人員隨時(shí)控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)程,使用銅絲.實(shí)驗(yàn)人員在抽動(dòng)銅絲控制實(shí)驗(yàn)時(shí),因?yàn)橄鹌と嫌行〔?若銅絲抽動(dòng)不當(dāng),會(huì)導(dǎo)致二氧化硫氣體外泄,污染空氣.銅絲在經(jīng)過(guò)橡皮塞的凹槽進(jìn)入到試管中時(shí),會(huì)接觸到試管內(nèi)壁.具體操作時(shí)不方便,可能會(huì)破壞實(shí)驗(yàn)器材.

2.1.2二氧化硫處理問(wèn)題

新版教科書(shū)中使用銅絲開(kāi)展實(shí)驗(yàn),利用銅絲抽動(dòng)完成實(shí)驗(yàn)進(jìn)程控制.因?yàn)橄鹌と邪疾?很容易發(fā)生二氧化硫泄露問(wèn)題.如果無(wú)法及時(shí)處理二氧化硫氣體流出后問(wèn)題,不僅會(huì)污染空氣,還會(huì)威脅到教師和學(xué)生的身心健康.

2.1.3防止倒吸與實(shí)驗(yàn)進(jìn)程控制需求難以同時(shí)滿足

雖然教材中設(shè)置了尾氣吸收裝置,降低二氧化硫?qū)諝猱a(chǎn)生的污染,但二氧化硫氣體的溶解度很大,發(fā)生倒吸問(wèn)題的概率更高.如果先移開(kāi)酒精燈,會(huì)出現(xiàn)倒吸,可能導(dǎo)致反應(yīng)試管炸裂,濃硫酸泄露,傷害到實(shí)驗(yàn)人員,有一定的安全隱患;如果是后移開(kāi)酒精燈,必須將兩支試管中的導(dǎo)管拔出來(lái),又有可能引起二氧化硫氣體泄露,與綠色化學(xué)的要求不符合.

2.2 高中化學(xué)“銅和濃硫酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方法

2.2.1改進(jìn)要點(diǎn)

第一,減少銅絲與試管內(nèi)壁觸碰的幾率,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì);第二,優(yōu)化尾氣處理裝置,合理處理實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的二氧化硫氣體;第三,同時(shí)滿足防止倒吸與控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)程的雙重目標(biāo).

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)需使用的儀器:鐵架臺(tái)、兩支大試管(雙孔塞)、洗耳球、燒杯、氫氧化鈉溶液、濃硫酸、品紅溶液、酒精燈、玻璃試管、橡膠管.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示.

圖2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置圖

2.2.2實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后的優(yōu)點(diǎn)

第一,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單.二氧化硫氣體的產(chǎn)生、檢測(cè)與處理裝置都是常規(guī)裝置,設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)便.第二,實(shí)驗(yàn)反應(yīng)速度快.可以通過(guò)移動(dòng)銅絲控制實(shí)驗(yàn)反應(yīng).第三,實(shí)驗(yàn)的氣密性更好.橡膠緊密包裹與擠壓銅絲,避免氣體泄露.第四,在銅絲和玻璃導(dǎo)管之間留了足夠的空隙,減少銅絲損壞儀器的內(nèi)壁.第五,銅絲和濃硫酸在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的黑色沉淀較少,可以讓學(xué)生清晰地觀察到結(jié)果.利用氫氧化鈉溶液處理尾氣,避免出現(xiàn)倒吸情況.第六,在拆除該裝置之前,可以采用向橡膠管裝置當(dāng)中吹入空氣方式,排除裝置中殘存的二氧化硫氣體,安全處理二氧化硫危害氣體,避免對(duì)空氣產(chǎn)生不良影響,讓整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加綠色環(huán)保[2].

2.3 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)實(shí)施中需要注意的事項(xiàng)

(1)濃硫酸的使用量為2 mL左右,避免浪費(fèi).銅絲事前打磨好,確保銅絲上的保護(hù)層剝落.

(3)仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,等安全裝置中的品紅溶液褪色之后(品紅溶液遇二氧化硫生成無(wú)色物質(zhì),加熱后品紅溶液復(fù)色),實(shí)驗(yàn)人員需要將銅和濃硫酸分離,停止繼續(xù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng).

(4)當(dāng)實(shí)驗(yàn)裝置冷卻后,利用氫氧化鈉溶液吸收實(shí)驗(yàn)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體,讓學(xué)生可清晰觀察到溶液顏色的變化.

3 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)改進(jìn)總結(jié)

由于二氧化硫有毒性,會(huì)污染環(huán)境,在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡量避免二氧化硫逸出對(duì)外部環(huán)境產(chǎn)生的不良影響.改進(jìn)后優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性設(shè)置和尾氣處理裝置,有效阻止各種副作用的發(fā)生[3].總而言之,學(xué)生通過(guò)參與改進(jìn)后的化學(xué)實(shí)驗(yàn),充分發(fā)揮主體作用,結(jié)合實(shí)際觀察現(xiàn)象來(lái)思考有效的化學(xué)操作.在體驗(yàn)中主動(dòng)思考化學(xué)現(xiàn)象與規(guī)律,促進(jìn)學(xué)生參與積極性的提升和思維的活躍,也讓學(xué)生的知識(shí)不斷內(nèi)化,進(jìn)而達(dá)成提升能力與落實(shí)核心素養(yǎng).