銅與硫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的新設(shè)計(jì)

王建芬+齊俊林

摘要：對(duì)老版教材中銅與硫的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，用蒸餾瓶、干燥管、玻璃管、安全套、光亮銅絲等材料設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)裝置。利用新裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以消除實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的二氧化硫?qū)虒W(xué)環(huán)境的污染，使學(xué)生觀察到清晰的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提高了實(shí)驗(yàn)演示效果。

關(guān)鍵詞：銅與硫反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)探究

文章編號(hào)：1005–6629（2017）11–0056–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問題提出

老版高中化學(xué)教材[1]為了增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)理解和記憶，設(shè)置了銅與硫的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)（如圖1所示），其實(shí)驗(yàn)方法是：“給盛著硫粉的大試管加熱。加熱到硫沸騰產(chǎn)生蒸氣時(shí)，用坩堝鉗夾住一束擦亮的細(xì)銅絲深入管口，觀察發(fā)生的現(xiàn)象”。實(shí)驗(yàn)雖然簡單、現(xiàn)象明顯，但實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的副產(chǎn)物二氧化硫氣體污染教學(xué)環(huán)境，影響師生健康。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，空氣污染已經(jīng)逐漸引起人們的足夠重視，這個(gè)有污染的實(shí)驗(yàn)已不適應(yīng)當(dāng)今化學(xué)課堂教學(xué)的要求，所以曾引起化學(xué)界熱烈討論，在多種教學(xué)刊物上刊登了多篇文章進(jìn)行了一系列的討論，但歸納起來主要有兩個(gè)問題：一是產(chǎn)生的副產(chǎn)物二氧化硫的污染問題；二是實(shí)驗(yàn)時(shí)，放入銅絲的火候掌握不佳，造成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很不明顯。筆者按照一些刊物上的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，仍然不盡如人意，有的根本沒有解決好副產(chǎn)物二氧化硫的污染問題[2～4]；有的銅絲與硫粉混合后在試管里加熱并不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康腫5～7]；有的銅絲容易粘附在試管壁上造成實(shí)驗(yàn)失敗[8]；還有的試管內(nèi)產(chǎn)生硫蒸氣之前就放入銅絲，銅絲表面在熱的試管內(nèi)容易氧化或附著一層單質(zhì)硫，觀察不到應(yīng)該有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象[9]。為此，現(xiàn)行高中化學(xué)教材[10～12]將銅與硫反應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作了刪減，沒有設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方法。作為高中學(xué)生應(yīng)該了解的內(nèi)容之一，這樣處理不利于學(xué)生知識(shí)視野的擴(kuò)展和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此，我們對(duì)“銅與硫的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置”進(jìn)行了重新構(gòu)思和再研究，收到了較好的教學(xué)效果?，F(xiàn)介紹如下，與同行們分享。

2 設(shè)計(jì)理念

銅與硫的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的成功與否，關(guān)鍵應(yīng)該注意以下兩個(gè)方面的問題。其一，要保證實(shí)驗(yàn)的成功，使學(xué)生觀察到應(yīng)有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的；其二，要消除實(shí)驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物二氧化硫?qū)虒W(xué)環(huán)境的污染，使實(shí)驗(yàn)綠色化。因此，在改進(jìn)銅與硫的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)必須注重以下三個(gè)問題。一是要保障酒精燈加熱硫粉的時(shí)間和溫度，使硫蒸氣呈深棕色；二是要求細(xì)銅絲表面必須潔凈，既沒有氧化物，也沒有硫附著在表面上；三是要用堿類物質(zhì)將生成的副產(chǎn)物二氧化硫完全吸收掉。

3 設(shè)計(jì)思路

依據(jù)銅與硫的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想，力求實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合理、成功率高、沒有污染。用蒸餾瓶作為銅與硫反應(yīng)的反應(yīng)器可以增大可見度；酒精燈作為熱源，提供較高的溫度，使硫達(dá)到沸點(diǎn)而氣化，產(chǎn)生深棕色的硫蒸氣；用玻璃管套住細(xì)銅絲，可以確保銅絲光亮，表面不被氧化或被硫覆蓋，同時(shí)還可以防止副產(chǎn)物二氧化硫的外逸，污染教學(xué)環(huán)境；用干燥管內(nèi)潤濕的堿石灰吸收副產(chǎn)物二氧化硫氣體，可防止污染空氣。

4 設(shè)計(jì)原理

銅與硫的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)主要涉及以下幾個(gè)反應(yīng)：

（1）銅與硫在加熱的條件下發(fā)生反應(yīng)生成黑色的硫化亞銅：

5 實(shí)驗(yàn)方案

5.1 實(shí)驗(yàn)材料

蒸餾瓶（100mL）1個(gè)；單球干燥管1支；玻璃管（3mm×10cm）1根；2號(hào)單孔橡膠塞1個(gè)；4號(hào)橡膠塞1個(gè)；酒精燈1盞；鐵架臺(tái)1個(gè)；十字夾、鐵夾各2個(gè)；鐵圈1個(gè)；石棉網(wǎng)1塊；小號(hào)安全套1個(gè)；粗銅絲（20cm）1根；火柴1盒；剪刀1把；錐子1把；脫脂棉、凡士林、細(xì)線若干、蒸餾水

硫粉；導(dǎo)線中的細(xì)銅絲；堿石灰

5.2 材料加工及裝置搭建

取1個(gè)小號(hào)安全套，用剪刀將堵頭剪掉（如圖2所示）。

取1個(gè)4號(hào)橡膠塞，用錐子在其中央扎1個(gè)透孔，然后插入一根粗銅絲，在橡膠塞小頭端粗銅絲的下端纏繞一束光亮的細(xì)銅絲（如圖3所示）。

將帶有粗銅絲的橡膠塞塞緊玻璃管上口，橡膠塞粗銅絲的周圍涂上凡士林，以防漏氣。調(diào)整細(xì)銅絲在玻璃管的中間位置后，在玻璃管下口套上剪好的安全套，用細(xì)線將其緊緊扎在玻璃管上（如圖4所示）。

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

（1）在蒸餾瓶的支管上，安裝裝有干燥脫脂棉和潤濕的堿石灰的單球干燥管。

（2）用鐵圈、石棉網(wǎng)、十字夾和鐵夾將蒸餾瓶固定在鐵架臺(tái)上，在蒸餾瓶內(nèi)裝入10g左右的硫粉，鐵圈的下方放上酒精燈。

（3）將加工好的玻璃管用十字夾和鐵夾固定在鐵架臺(tái)蒸餾瓶的上方后，把玻璃管上的安全套下端套在蒸餾瓶的瓶口上，然后用細(xì)線扎緊（如圖5所示）。

（4）松開玻璃管上的鐵夾，使玻璃管繞豎直軸水平旋轉(zhuǎn)360°角，使安全套擰成麻花狀，將細(xì)銅絲密封在玻璃管內(nèi)，防止加熱硫粉時(shí)細(xì)銅絲被氧化或覆蓋一層單質(zhì)硫而影響成功率，然后夾緊鐵夾（如圖6所示）。

（5）用火柴點(diǎn)燃酒精燈，加熱蒸餾瓶內(nèi)的硫粉，當(dāng)硫沸騰并產(chǎn)生大量深棕色蒸氣時(shí)，迅速打開夾著玻璃管的鐵夾，使玻璃管逆向水平旋轉(zhuǎn)并恢復(fù)到0°角，使安全套擰成的麻花狀全部打開，然后用鐵夾夾緊玻璃管。endprint

（7）待反應(yīng)結(jié)束后，熄滅酒精燈，蒸餾瓶冷卻后用力上提粗銅絲，使細(xì)銅絲移至蒸餾瓶支管上方的蒸餾瓶的頸部，可觀察到銅絲的表面生成了一層黑色物質(zhì)。

（8）待干燥管內(nèi)潤濕的堿石灰將蒸餾瓶內(nèi)的二氧化硫吸收徹底后拆除儀器，用硫化鈉溶液、二硫化碳及蒸餾水洗滌干凈，然后將廢液倒在指定的廢液桶里。

6 實(shí)驗(yàn)說明

（1）在做銅與硫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，加熱溫度要高，必須保證有充足的硫蒸氣，這是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。

（2）細(xì)銅絲最好使用花線里的多股細(xì)銅絲，這樣能夠增大反應(yīng)的接觸面，使反應(yīng)更完全，效果更佳。

（3）為了保證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，必須在硫蒸氣由橙黃色變?yōu)樽厣?，最后變?yōu)樯钭厣煌该鲿r(shí)，迅速將細(xì)銅絲插入其中。

（4）細(xì)銅絲插入硫蒸氣前不要加熱，如果先加熱銅絲，會(huì)使銅絲表面生成氧化銅或氧化亞銅，從而阻礙銅與硫蒸氣接觸，使實(shí)驗(yàn)失敗。

（5）改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置，構(gòu)思新穎，設(shè)計(jì)巧妙。利用潤濕的堿石灰吸收副產(chǎn)物二氧化硫，很好地解決了污染問題；使用安全套連接儀器可以密封細(xì)銅絲，保證細(xì)銅絲的光亮度，防止副產(chǎn)物二氧化硫外逸，且使操作簡單化。

（6）改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置，體現(xiàn)了取材容易、制作簡單、操作方便、現(xiàn)象明顯、無空氣污染等特點(diǎn)，符合環(huán)保新理念，增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新精神。

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