濃硫酸與銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

李文杰

摘要： 針對高一人教版《化學(xué)1》教材中濃硫酸與銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)存在的一些不足，在前人工作的基礎(chǔ)上對實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法作進(jìn)一步改進(jìn)。實(shí)現(xiàn)了銅絲插入沸騰的濃硫酸溶液中，5秒便可觀察到石蕊試紙變紅，10秒可觀察到藍(lán)色硫酸銅溶液生成，20秒可觀察到品紅試紙褪色，實(shí)驗(yàn)用時(shí)短，現(xiàn)象明顯，重現(xiàn)性好。整套實(shí)驗(yàn)裝置簡單，取材制作方便，操作簡潔，節(jié)約藥品，有利環(huán)保，易于推廣。

關(guān)鍵詞： 濃硫酸; 濃硫酸與銅反應(yīng); 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號： 10056629（2019）7006303中圖分類號： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1 問題的提出

在硫元素的知識體系中比較重要的是含氧酸和氧化物。硫酸是硫元素的最高價(jià)氧化物的水化物，是重要的含氧酸。硫酸具有酸的通性，又有自己的特性。濃硫酸的主干知識是強(qiáng)氧化性，它能與絕大多數(shù)金屬反應(yīng)，也能與一些非金屬反應(yīng)，反應(yīng)的特點(diǎn)是濃硫酸的硫元素被還原生成硫的氧化物。

關(guān)于高一人教版《化學(xué)1》教材第四章第四節(jié)實(shí)驗(yàn)49“濃硫酸與銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)”[1]，若按教材裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)存在以下不足： （1）教材采用的是98%的硫酸與銅反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)中往往不能直接看到藍(lán)色硫酸銅溶液的生成，或者在硫酸銅溶液中有黑色物質(zhì)生成影響溶液顏色的觀察。同時(shí)，必須等到反應(yīng)結(jié)束將反應(yīng)物冷卻，才能將反應(yīng)后的液體倒入另一支盛有水的試管中。實(shí)驗(yàn)時(shí)間耗時(shí)較長，大概5～8分鐘，操作又煩瑣，導(dǎo)致教學(xué)環(huán)節(jié)松散，影響教學(xué)效果。（2）在驗(yàn)證反應(yīng)生成氣體是SO2時(shí)，需要將導(dǎo)氣管伸入盛有石蕊、品紅溶液的試管中，而SO2易溶于水，易發(fā)生倒吸，存在安全隱患。（3）實(shí)驗(yàn)裝置屬于半敞開式，每一次實(shí)驗(yàn)都會造成SO2氣體的泄漏，造成環(huán)境污染。綜上所述，對教材裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)就顯得尤為重要了。

2 研究現(xiàn)狀

針對以上不足，不少人在不斷實(shí)踐中對本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，比如為了減少產(chǎn)生黑色物質(zhì)，楊麗君[2]等人通過調(diào)整濃硫酸、銅片的用量和加熱的時(shí)間，達(dá)到了較好的效果，但仍未能解決對反應(yīng)進(jìn)程的控制;陳文興等人[3]利用銅絲控制反應(yīng)的快慢，通過調(diào)整硫酸的濃度，不僅不產(chǎn)生黑色物質(zhì)，還能觀察到有藍(lán)色硫酸銅溶液的生成，但對問題（2）、（3）處理得不夠理想;對于SO2氣體的檢驗(yàn)及尾氣處理，在品紅、石蕊溶液前后增加防倒吸裝置，并用氫氧化鈉溶液作尾氣吸收處

理[4～6];也有直接將品紅、石蕊溶液改為品紅、石蕊試紙，從根本上解決倒吸的問題，但是有可能造成堵塞且不容易操作，將品紅試紙放置在導(dǎo)管中[7，8]，現(xiàn)象不容易觀察，將品紅、石蕊試紙平放在硬質(zhì)玻璃管中，在解決問題的同時(shí)也帶來了一些不便;而最新的兩篇文章[9，10]通過巧妙組合、精心設(shè)計(jì)，克服了很多不足，楊麗娟等人的改進(jìn)裝置，可以隨時(shí)終止反應(yīng)，但是抽取銅絲時(shí)，不可避免有SO2氣體的逸出。兩篇文章的改進(jìn)裝置都存在不能直接看到藍(lán)色硫酸銅溶液的生成，仍需將冷卻后的反應(yīng)液倒入盛有水的燒杯中或向冷卻后的反應(yīng)液中注入溫水，操作繁瑣，用時(shí)較長;另外，用到干燥管和Y型管，取材相對不容易，不便推廣到條件一般的學(xué)校。

3 設(shè)計(jì)理念

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅要重視知識的建構(gòu)，也要重視環(huán)境教育。實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行科學(xué)研究的重要方式，一個(gè)實(shí)驗(yàn)若操作簡單、現(xiàn)象明顯、用時(shí)少，無疑對40分鐘的課堂教學(xué)是非常有意義的。強(qiáng)氧化性是濃硫酸的主干知識，教材中采用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行建構(gòu)，用圖示進(jìn)行深化，用化學(xué)方程式進(jìn)行強(qiáng)化，進(jìn)而讓學(xué)生更好地理解和掌握濃硫酸的性質(zhì)。

（1） 實(shí)驗(yàn)是為教學(xué)服務(wù)的，引導(dǎo)學(xué)生透過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象看本質(zhì)。結(jié)合第二章學(xué)過的氧化還原反應(yīng)，課堂設(shè)計(jì)的演示實(shí)驗(yàn)或者分組實(shí)驗(yàn)盡可能讓學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)，觀察銅離子的藍(lán)色溶液、SO2使品紅褪色等直觀現(xiàn)象。通過描述現(xiàn)象，準(zhǔn)確書寫化學(xué)方程式，便于學(xué)生深刻認(rèn)識和理解銅與濃硫酸的反應(yīng)。

（2） 既然濃硫酸與銅反應(yīng)是一個(gè)定性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還有SO2產(chǎn)生，就有必要讓實(shí)驗(yàn)裝置簡易化、綠色化，盡可能節(jié)約實(shí)驗(yàn)藥品，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，加深學(xué)生對SO2的危害以及防治措施的記憶，鞏固SO2的相關(guān)知識。

（3） 教材上濃硫酸與銅的反應(yīng)過程中，濃硫酸既體現(xiàn)強(qiáng)氧化性，又體現(xiàn)吸水性。只是在本實(shí)驗(yàn)中，濃硫酸在體現(xiàn)強(qiáng)氧化性和吸水性時(shí)，如何通過原理創(chuàng)新，調(diào)整實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生先得到所要觀察的現(xiàn)象（銅離子的藍(lán)色溶液、SO2使品紅溶液褪色），體現(xiàn)濃硫酸的強(qiáng)氧化性，等實(shí)驗(yàn)結(jié)束后5～8分鐘，或者下課前幾分鐘，讓學(xué)生對比觀察反應(yīng)時(shí)溶液的顏色與實(shí)驗(yàn)結(jié)束5～8分鐘后溶液的顏色，引導(dǎo)學(xué)生通過對比現(xiàn)象，體現(xiàn)濃硫酸的特性——吸水性?？紤]到以上三點(diǎn)，可在實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)條件、實(shí)驗(yàn)原理和裝置上作進(jìn)一步的改進(jìn)。

4 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

4.1 實(shí)驗(yàn)儀器及用品

儀器： 鐵架臺（帶鐵夾）、酒精燈、具支試管、導(dǎo)管、洗耳球、夾子、膠頭滴管、橡皮塞、（用長試管加工的）雙通管用品： 80%濃硫酸、碎瓷片、銅絲、石蕊試紙、品紅試紙、NaOH溶液、脫脂棉、蒸餾水

4.2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)要點(diǎn)

（1） 將銅絲經(jīng)膠頭滴管穿過橡膠塞插入的具支試管，制成濃硫酸與銅的反應(yīng)裝置。利用《化學(xué)1》教材剛剛學(xué)過的氨溶于水的噴泉實(shí)驗(yàn)中帶有玻璃管和滴管的塞子，銅絲穿過膠頭滴管，不僅避免了SO2的逸出，也起到了一器多用，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

（2） 將濕潤的品紅、石蕊試紙，蘸有氫氧化鈉溶液的脫脂棉放置在雙通管中代替盛有品紅、石蕊溶液的試管，制成SO2氣體的驗(yàn)證裝置與尾氣處理裝置。其中雙通管可以由實(shí)驗(yàn)室常用的長試管直接加工： 在酒精噴燈加熱下，用螺絲刀在試管底部穿一個(gè)小孔，取材、制作方便，尾氣吸收也更加充分。

（3） 將98%的濃硫酸稀釋為80%，作為反應(yīng)液。

4.3 實(shí)驗(yàn)裝置圖

4.4 實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

（1） 在具支試管中加入3mL 80%的硫酸，將濕潤的品紅、石蕊試紙，蘸有氫氧化鈉溶液的脫脂棉放置在雙通管中。按圖1將儀器安裝好，固定在鐵架臺上。

（2） 加熱具支試管中的硫酸至沸騰，用時(shí)約1分鐘，將銅絲插入沸騰的硫酸溶液中，5秒便可觀察到石蕊試紙變紅，10秒觀察到藍(lán)色硫酸銅溶液生成，移開酒精燈，20秒可觀察到品紅試紙褪色。抽離銅絲，反應(yīng)逐漸停止。

（3） 點(diǎn)燃酒精燈，微熱品紅試紙，試紙逐漸變紅，驗(yàn)證SO2氣體使品紅試紙褪色具有不穩(wěn)定性。

（4） 打開夾子，用洗耳球?qū)⒖諝饨?jīng)導(dǎo)管慢慢打入具支試管中，使得裝置中殘留的SO2氣體被雙通管中蘸有氫氧化鈉溶液的脫脂棉充分吸收，提醒學(xué)生再次觀察品紅試紙褪色，加深學(xué)生對SO2氣體性質(zhì)的理解。

（5） 教師點(diǎn)評完學(xué)生書寫的反應(yīng)的化學(xué)方程式后，通過手機(jī)或投影投屏，提醒學(xué)生觀察具支試管內(nèi)溶液的顏色變化，觀察到藍(lán)色明顯變淺（若在下課前幾分鐘讓學(xué)生觀察效果更好）同時(shí)試管底部也有白色固體生成，體會濃硫酸的吸水性。

4.5 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的效果和要點(diǎn)

（1） 利用《化學(xué)1》教材剛剛學(xué)過的噴泉實(shí)驗(yàn)中帶有玻璃管和滴管的塞子改進(jìn)的濃硫酸與銅的反應(yīng)裝置，銅絲與產(chǎn)生的SO2氣體各行其道，互不干擾，不僅便于抽取銅絲，能更好地控制反應(yīng)進(jìn)程，還能避免產(chǎn)生的SO2氣體的逸出污染空氣，起到一器多用，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的作用。

（2） 改進(jìn)的SO2氣體的驗(yàn)證裝置與尾氣處理裝置： ①把兩個(gè)分散的驗(yàn)證性質(zhì)實(shí)驗(yàn)改成連續(xù)進(jìn)行且試劑微量化、可視化實(shí)驗(yàn)，使操作更簡單且節(jié)約藥品、減少器材;②有效避免由于SO2易溶于水，造成的試管內(nèi)液體倒吸，引起試管炸裂等嚴(yán)重后果，有效保障了實(shí)驗(yàn)的安全性。

（3） 從反應(yīng)的發(fā)生到結(jié)束，整套實(shí)驗(yàn)裝置有效降低了污染，培養(yǎng)了學(xué)生的環(huán)保意識。

（4） 將98%的濃硫酸稀釋為80%，銅絲插入沸騰的濃硫酸時(shí)，便可清晰觀察到藍(lán)色的硫酸銅溶液生成，操作簡單，用時(shí)短，安全性好。

總之，整套實(shí)驗(yàn)裝置簡單，取材、制作方便，操作簡潔，有利環(huán)保。實(shí)驗(yàn)周期短，現(xiàn)象明顯，重現(xiàn)性好，易于推廣。在強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的同時(shí)，能有效降低污染，保障實(shí)驗(yàn)的安全性，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、安全意識和環(huán)保意識。讓學(xué)生感到環(huán)境問題就發(fā)生在自己身邊，從而提高保護(hù)環(huán)境的社會責(zé)任感。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋心琦主編. 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)1[M]. 北京： 人民教育出版社， 2007： 101～101.

[2]楊麗君， 沙麗麗. 銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的探究[J]. 玉溪師范學(xué)院學(xué)報(bào)， 2006， （12）： 43～45.

[3]陳文興， 王敏， 羅宿星. 銅與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探索[J]. 遵義師范學(xué)院學(xué)報(bào)， 2010， 12（1）： 111～113.

[4]周剛. “銅和濃硫酸反應(yīng)”演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與組合[J]. 中學(xué)化學(xué)， 2015， （5）： 31～31.

[5]陳海濤. 銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方案的新設(shè)計(jì)[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2015， （10）： 65～68.

[6]何自航， 丁偉. 銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2012， （3）： 49～50.

[7]晁華雯. 淺析高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)教學(xué)——以“銅和濃硫酸”一課為例[J]. 教育觀察， 2017， 6（4）： 64～65.

[8]魏崇啟. 濃硫酸與銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2012， （9）： 47～48.

[9]楊麗娟， 齊俊林. 銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的新設(shè)計(jì)二則[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2017， （12）： 58～60.

[10]王丹， 李妍， 王秋. 巧用注射器和Y型管改進(jìn)銅與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)[J]. 化學(xué)教育， 2017， 38（13）： 67～69.