銅與濃硫酸反應(yīng)實驗的新設(shè)計二則

楊麗娟+齊俊林

摘要：針對化學(xué)教材中“銅與濃硫酸的反應(yīng)實驗”存在不可控和污染等問題，做了實驗探究。用具支試管或干燥管作反應(yīng)器；螺旋狀的粗銅絲作反應(yīng)物實現(xiàn)對反應(yīng)過程的控制；干燥管作檢驗和吸收裝置；利用鼓氣球輔助消除反應(yīng)尾氣污染并縮短了實驗耗時。

關(guān)鍵詞：銅與濃硫酸反應(yīng)；實驗設(shè)計；鼓氣球；實驗探究

文章編號：1005–6629（2017）12–0058–03 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

1 問題提出

銅與濃硫酸反應(yīng)實驗是現(xiàn)行高中化學(xué)教材中的重要演示實驗之一。原人教版[1]的實驗方法是：“在一支試管里加入一小塊銅片，然后再加入3mL濃硫酸，用裝有玻璃導(dǎo)管的單孔橡膠塞塞好，加熱。放出的氣體分別通入紫色石蕊試液或品紅溶液中”。蘇教版教材[2]的實驗方法是：“將一小塊銅片放入試管中，然后加入2mL濃硫酸，觀察實驗現(xiàn)象，并用氫氧化鈉溶液吸收尾氣”。兩種版本的實驗方法雖略有不同，但都試圖通過實驗證明銅與濃硫酸能夠發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸銅和二氧化硫氣體，從而證明濃硫酸具有強氧化性。從實驗裝置和實驗方法來看，蘇教版比原人教版更合理一些，原因是置有尾氣吸收裝置。但它們都存在三個弱點，一是使用的都是銅片且和濃硫酸一起加熱，難以控制反應(yīng)的發(fā)生和結(jié)束，造成藥品浪費；二是試管冷卻時，易發(fā)生倒吸現(xiàn)象；三是傾倒反應(yīng)器內(nèi)的液體時，會造成殘留的二氧化硫氣體外逸，污染教學(xué)環(huán)境。新人教版教材[3]的實驗方法是用銅絲代替銅片，且不會發(fā)生倒吸。盡管解決了反應(yīng)的控制問題和倒吸問題，但仍然沒有解決二氧化硫的污染問題。針對上述實驗方法存在的不足，我們利用具支試管、干燥管以及鼓氣球等進行創(chuàng)新設(shè)計，巧妙組合，圓滿解決教材中的實驗問題，收到較好的教學(xué)效果。

2 研究文獻

近年來，有關(guān)銅與濃硫酸反應(yīng)實驗方法改進的研究論文在各種教學(xué)期刊上已經(jīng)發(fā)表數(shù)十篇，歸納起來，主要研究和解決了以下三個問題：其一，反應(yīng)的可控問題[4～10]。改銅片為銅絲，通過銅絲的上下推拉或旋轉(zhuǎn)控制反應(yīng)的進行；其二，檢驗二氧化硫氣體的方法[11～15]。利用蘸有紫色石蕊試液、品紅試液脫脂棉團或石蕊、品紅試紙代替溶液；其三，改變二氧化硫氣體吸收方法[16]。使用氫氧化鈉溶液或蘸有氫氧化鈉溶液的脫脂棉吸收反應(yīng)過程中外逸的二氧化硫氣體，防止污染空氣。盡管研究銅與濃硫酸反應(yīng)的文章很多，但真正研究二氧化硫污染問題的并不多，基本上被忽視，已不適應(yīng)當(dāng)今社會對化學(xué)實驗的綠色、環(huán)保的要求。因此，解決該實驗的污染問題才是改進實驗的關(guān)鍵，突破實驗污染的瓶頸應(yīng)是當(dāng)務(wù)之急。

3 設(shè)計理念

通過對銅與濃硫酸反應(yīng)實驗的創(chuàng)新設(shè)計，重點解決以下四個問題：一是解決實驗的可控問題；二是解決實驗過程中的倒吸問題；三是解決檢驗二氧化硫的方法問題；四是解決二氧化硫的污染問題。通過潛心研究、精心設(shè)計、巧妙組合，使實驗充分體現(xiàn)簡單合理、綠色環(huán)保、便于操作、現(xiàn)象明顯等諸多特點，從而達到理想的實驗效果。

4 實驗原理

（1）銅與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、二氧化硫和水：

Cu+2H2SO4△=CuSO4+SO2↑+2H2O；

（2）二氧化硫能夠使紅色的品紅試液褪色；

（3）氫氧化鈉與二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈉和水：

2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O。

5 設(shè)計方案

5.1 方案一

利用具支試管作反應(yīng)器；干燥管內(nèi)盛放用品紅試液潤濕的脫脂棉團檢驗二氧化硫氣體、用氫氧化鈉溶液潤濕的脫脂棉團吸收剩余的二氧化硫氣體；利用鼓氣球?qū)⒎磻?yīng)器內(nèi)殘留的二氧化硫氣體鼓出被脫脂棉團內(nèi)的氫氧化鈉吸收。

5.2 方案二

利用一支干燥管作為反應(yīng)器；另一支干燥管作為吸收裝置，內(nèi)放用品紅試液潤濕的脫脂棉團檢驗二氧化硫氣體、用氫氧化鈉溶液潤濕的脫脂棉團吸收剩余的二氧化硫氣體。

6 實驗方法

6.1 實驗一

6.1.1 實驗用品

具支試管1支（2cm×20cm）；單球干燥管1支；鼓氣球1個；燒杯1只（100mL）；直角玻璃管1根；酒精燈1盞；火柴1盒；彈簧夾1個；單孔2號、3號橡膠塞各1個；鐵架臺、鐵夾、十字夾各1個；鐵鉗1把；膠管、脫脂棉若干

濃硫酸（98%）；粗銅絲（20cm）1根；30%氫氧化鈉溶液；品紅溶液；蒸餾水；凡士林

6.1.2 材料加工

取1根粗銅絲，用鐵鉗在一端彎成螺旋狀，其直徑小于具支試管的內(nèi)徑；將粗銅絲的另一端從單孔3號橡膠塞的中央穿過，在橡膠塞的上下方分別涂上凡士林；將彎成直角的玻璃管的一端從單孔3號橡膠塞的大頭端穿過，在上方的玻璃管一端裝上鼓氣球（如圖1所示）。

6.1.3 實驗方法及實驗現(xiàn)象

（1）將儀器、藥品按圖組裝好，然后固定在鐵架臺上（如圖2所示，鐵架臺、鐵夾、十字夾已略去）。

（5）待具支試管內(nèi)的二氧化硫氣體排盡時，取下具支試管上的橡膠塞及干燥管，將具支試管內(nèi)的液體倒入盛有少量蒸餾水的燒杯內(nèi)，可觀察到溶液變?yōu)樗{色。

6.2 實驗二

6.2.1 實驗用品

干燥管2支；酒精燈1盞；小燒杯1只（100mL）；單孔2號橡膠塞1個；鼓氣球1個；鐵鉗1把；膠頭1個；鐵架臺、十字夾、鐵夾各1個；脫脂棉若干

濃硫酸（98%）；30%氫氧化鈉溶液；品紅試液；粗銅絲（20cm）；蒸餾水

6.2.2 材料加工endprint

取1支干燥管，用酒精燈加熱細管部位彎成一個直角。取一根粗銅絲，在其下端用鐵鉗彎成一個螺旋狀。

6.2.3 實驗方法及現(xiàn)象

將儀器、藥品按圖組裝好后固定在鐵架臺上（如圖3所示，鐵架臺、十字夾、鐵夾已略去）。

加熱一段時間后，撤去酒精燈，停止加熱，上提粗銅絲，使螺旋狀部分離開液面，反應(yīng)立即停止。

取下上方的干燥管，將反應(yīng)器內(nèi)的液體緩慢倒入盛有少量蒸餾水的小燒杯內(nèi)，燒杯內(nèi)的液體變藍。

7 結(jié)束語

二則改進實驗分別利用具支試管或干燥管作為反應(yīng)器；螺旋狀的粗銅絲作為反應(yīng)物對實驗過程進行控制；干燥管作為檢驗和吸收裝置，管內(nèi)前面放置蘸有品紅試液的棉團用于檢驗二氧化硫、后面放置蘸有氫氧化鈉溶液的棉團用于吸收二氧化硫從而消除污染；利用鼓氣球?qū)⒎磻?yīng)器內(nèi)殘留的二氧化硫氣體迅速排出吸收，縮短實驗耗時，很好地解決了實驗過程中的可控性和污染等問題。

二則改進實驗均具有取材容易、制作簡單、操作方便、現(xiàn)象明顯、綠色環(huán)保等優(yōu)點，既可作課堂演示，又可作學(xué)生分組實驗，教學(xué)效果十分理想。

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