失敗的實驗，成功的道理

張瑞超 張昕喆 王立娟 張瑤

摘 要：開設校本化學選修課《綜合化學實驗》有助于拓展學生的化學科技視野。其中《銅元素的循環(huán)》一節(jié)，可以培養(yǎng)學生的基礎實驗操作能力、提高學生的科學研究能力、激發(fā)學生的學習興趣、創(chuàng)新意識和實踐能力，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學精神，促進學生

發(fā)展。

關鍵詞：校本課程；銅循環(huán)；實驗能力培養(yǎng)

“這個實驗不就是把銅從單質變成化合物，再讓銅元素經過一系列化學反應又變成銅單質嗎！有什么意義？銅單質不是有現(xiàn)成的，怎么還要這樣去制??？計算回收率有什么意義？”這是一次關于《銅元素循環(huán)》的無機化學試驗，是我校根據(jù)新課程標準要求，并結合學校資源和學生情況，為高二年級學生自主開發(fā)的化學校本課程——《綜合化學實驗》的內容之一。旨在提升學生學習化學的興趣，強化實驗操作，并培養(yǎng)學生自主探究的能力。

在本實驗中，金屬銅單質發(fā)生一系列的化學變化生成不同的化合物，最終反應結束時單質銅又被重新制備出來。通過這個實驗可以對比反應一開始用到的銅和反應結束后生成的銅。從而判斷學生的實驗操作能力。

【實驗內容】

1.儀器與藥品

0.5g銅片、2mol/L硫酸溶液、鋅粉、濃硝酸溶液、2mol/L氫氧化鈉溶液、6mol/L鹽酸、無水乙醇

分析天平、稱量瓶、250ml燒杯、10ml量筒、玻璃棒、50ml量筒、鐵架臺，鐵圈、煤氣燈、表面皿、蒸汽浴鍋、蒸發(fā)皿、三腳架

2.實驗步驟

（1）由Cu制備Cu（NO3）2

稱取0.5 gCu片放入250 mL的燒杯中，在通風櫥中加入4ml的濃硝酸。攪拌溶液至Cu反應完全，記錄實驗現(xiàn)象。向反應完的溶液中加入125 mL蒸餾水。

（2）由Cu（NO3）2制Cu（OH）2

在攪拌下向溶液中加入45ml 2mol/L NaOH，至沉淀完全。

（3）由Cu（OH）2制CuO

加熱燒杯中有沉淀的液體，并不斷攪拌至溶液微沸。當完全變黑后，停止加熱，并繼續(xù)攪拌幾分鐘。將溶液靜置使生成的CuO充分沉降。用傾析法棄去上層清液，再加入200ml熱的去離子水洗滌沉淀。待沉淀沉降后，用傾析法棄去上層清液。

（4）由CuO制CuSO4

在攪拌下加入15mL 6mol/L H2SO4。

（5）由CuSO4制Cu

將反應器放入到通風櫥中，一次性加入2.0g鋅粉，攪拌，至上層溶液由藍色變?yōu)闊o色。當溶液中沒有氣泡出現(xiàn)后，棄去上層清液至指定容器內。如果在底部沉淀中看到了未反應完的銀灰色鋅粉，加入10mL 6mol/L HCl至微熱。至溶液中沒有氣泡產生，用傾析法棄去上層清液，將生成的Cu轉移到蒸發(fā)皿上。用5ml去離子水洗滌產物銅粉2次，再用5ml無水乙醇洗。最后將蒸發(fā)皿放在蒸汽浴鍋上蒸發(fā)。蒸干后稱重并計算回收率。

看到《銅循環(huán)》這個題目，同學們覺得很是無趣，因為平時課堂的實驗都是關于性質和制備的，有目的，有成就感；而銅元素循環(huán)，這樣一個實驗，轉了一圈又回到了原點，其意義在何處？

銅是非常重要的金屬，其化學性質也是化學競賽和高考的重點，同學們在平時的課程中學習了很多關于銅元素的性質，也知道各種含銅元素的化合物該如何制備和檢驗，但卻沒有一個系統(tǒng)的、直觀的印象，更不了解在平時實驗中很多理所當然的步驟又是怎么形成的。我沒有刻意提前強調這個實驗的意義，但對實驗化學充滿熱情的學生還是積極認真的動手開始做實驗了。

“為什么最后得到的銅粉比最初加入的銅粉質量還大？”

學生都知道，物質合成實驗產率越高，實驗越成功，所以在其中一個步驟“利用鋅粉從溶液中還原出銅單質”的過程中，無論我怎么強調鋅加的過快和過多，會影響銅的產率，還是有很多“貪心”的孩子向微藍色的溶液中加入了比要求更多的鋅粉，因為在高中化學學習剛開始，他們就學到“除雜試劑要過量”這句話，他們舍不得辛苦做出來的銅留在溶液中，不懂得“過猶不及”的道理。這個時候，我讓作出銅粉質量過大的同學和結果較好的同學相互討論，看到底是哪里出現(xiàn)了問題。經過對比和熱烈的討論，孩子們發(fā)現(xiàn)，由于鋅粉加得過快，導致鋅粉表面與溶液中的銅反應了以后，生成的銅單質包裹在了其他鋅粉團的表面，導致了銅包鋅現(xiàn)象的出現(xiàn)，最終固體質量過大；鋅粉量的過多加入，后期用鹽酸處理量是無法控制的，過量的鋅粉沒有反應掉，帶入了固體中，導致最終結果偏大。這時候，孩子們也終于明白“銅循環(huán)實驗”的意義。培養(yǎng)大家化學基本操作、建立正確的化學實驗理念，學會用回收率等衡量標準判斷實驗的成功與否。

這是學生第一次進行定量性質綜合性實驗，在這次實驗中，雖然有孩子實驗失敗了，但他們從失敗的經驗中獲得了成功的方法，摒棄了一些固有的簡單化學思想，為他們今后更進一步的化學實驗學習，打下了堅實的基礎。

參考文獻：

祁小云，胡泉源，劉清峰.綜合化學實驗改革與創(chuàng)新[J].廣東化工，2013（19）.