濃硫酸與銅反應(yīng)及二氧化硫性質(zhì)綜合實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

黃云霞

摘要：針對教材中“濃硫酸與銅反應(yīng)”以及“二氧化硫性質(zhì)實(shí)驗(yàn)”的不足，將分散的幾個(gè)小實(shí)驗(yàn)整合在一套實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行，并體現(xiàn)反應(yīng)的可控性、安全性和綠色化思想，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，操作簡便，令人耳目一新。

關(guān)鍵詞：濃硫酸;二氧化硫;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

文章編號：1008-0546（2021）07-0096-02 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.025

一、問題的提出

“濃硫酸與銅反應(yīng)”以及“二氧化硫的性質(zhì)”是“硫及其化合物”的重要內(nèi)容，也是高中化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容之一，該部分內(nèi)容實(shí)驗(yàn)較多。人教版2007年第三版的《化學(xué)1》（必修）教材中將濃硫酸與銅的反應(yīng)設(shè)計(jì)為：在一個(gè)帶導(dǎo)管的膠塞側(cè)面挖一個(gè)凹槽，并嵌人下端卷成螺旋狀的銅絲。在試管里加入2mL濃硫酸，蓋好膠塞，使銅絲與濃硫酸接觸，加熱。把放出的氣體通人品紅溶液或紫色石蕊試液中。觀察現(xiàn)象。向上拉銅絲，終止反應(yīng)，冷卻后，把試管里的液體慢慢倒人盛有少量水的另一支試管里，觀察溶液的顏色[1]。實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示：

在實(shí)驗(yàn)操作過程中，發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在如下問題：①膠塞上凹槽的大小難以把握，若凹槽過大，產(chǎn)生的氣體會(huì)逸出，且銅絲難以被固定;若凹槽過小，則拉動(dòng)銅絲很困難，且容易損壞導(dǎo)管。②缺少尾氣處理裝置，因品紅溶液的褪色時(shí)間較長，實(shí)驗(yàn)過程中有大量的SO2逸出，危害師生的身體健康。③實(shí)驗(yàn)過程中存在因倒吸現(xiàn)象引起的安全隱患。

關(guān)于二氧化硫的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，教學(xué)中一般安排“二氧化硫易溶于水且水溶液顯酸性”“品紅溶液被二氧化硫漂白”等實(shí)驗(yàn)，同版的人教版教材是這樣設(shè)計(jì)這些實(shí)驗(yàn)的：把蓋有膠塞、盛有二氧化硫氣體的試管倒立在水中，在水下面打開膠塞，觀察試管內(nèi)液面的上升。待液面高度不再變化時(shí)，在水下用膠塞塞緊試管口，取出試管，用pH試紙測定溶液的酸堿度。在試管內(nèi)保留1/3體積的溶液，滴入1～2滴品紅溶液，振蕩，觀察溶液顏色變化。加熱試管，再觀察[2]。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在的主要問題是：①試管內(nèi)液面上升不高，產(chǎn)生的原因可能是因?yàn)樵嚬苤惺占腟O2不足，或者試管漏氣，也或者由于操作不當(dāng)所致。②若試管內(nèi)溶液較少，或品紅溶液顏色稍微深一點(diǎn)，便不能觀察到品紅溶液完全褪色。

在內(nèi)容的編排上，教材中將“二氧化硫”的內(nèi)容安排在“濃硫酸”之前，這就意味著在教學(xué)“二氧化硫”的性質(zhì)時(shí)要另制取二氧化硫，雖然不一定是用濃硫酸與銅反應(yīng)的方法制取。我們在實(shí)際教學(xué)中，將這兩部分內(nèi)容重新整合，將濃硫酸與銅反應(yīng)產(chǎn)生的SO2用于SO2的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

無論新舊化學(xué)課標(biāo)，學(xué)習(xí)“二氧化硫的性質(zhì)”時(shí)，學(xué)生均需掌握二氧化硫易溶于水、有毒、屬于酸性氧化物、具有漂白性和還原性等內(nèi)容?；诖?，我們將“濃硫酸與銅反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)”和“二氧化硫的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)”整合在一套裝置中進(jìn)行。

二、綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)用品

實(shí)驗(yàn)藥品：濃硫酸、銅絲、品紅試紙、藍(lán)色石蕊試紙、酸性高錳酸鉀溶液、氫氧化鈉溶液

實(shí)驗(yàn)儀器：酒精燈、鐵架臺(tái)（鐵夾）、具支試管、具支U型管、膠塞、彎曲導(dǎo)管、乳膠管、止水夾、洗耳球、干燥管、燒杯、小刀、鑷子

2.實(shí)驗(yàn)裝置（圖2）

3.實(shí)驗(yàn)操作

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：

①銅絲的準(zhǔn)備：取一段銅芯線，去掉外面的橡膠皮，將一端彎成螺旋狀，洗凈。

②具支試管的膠塞上插入導(dǎo)管和銅絲的準(zhǔn)備：在一個(gè)大小合適的膠塞上，用打孔器打一個(gè)孔，以便插人導(dǎo)管。再用錐子（教務(wù)處裝訂試卷用）在膠塞上鉆一個(gè)孔，必要時(shí)可將錐子加熱，反復(fù)鉆孔。在銅絲的一端涂上一些凡士林，將銅絲插入膠塞，以銅絲較易拉動(dòng)為宜。凡士林的作用是既潤滑又密封?？稍谀z塞上的大小孔都打好后，分別插入導(dǎo)管和銅絲。

③具支U型管膠塞上嵌人試紙的準(zhǔn)備：在兩個(gè)大小合適的膠塞中間，用小刀切開一個(gè)約0.5cm深的口子，將品紅試紙和藍(lán)色石蕊試紙分別嵌入其中，并將它們濕潤。

④向具支試管中加入3mL濃硫酸，并在U型管中加入適量酸性高錳酸鉀溶液，按圖連接好實(shí)驗(yàn)裝置，并檢查氣密性[3]。

實(shí)驗(yàn)步驟：

①用酒精燈加熱具支試管，至濃硫酸剛沸騰時(shí)，將銅絲的螺旋狀部分插入濃硫酸中，繼續(xù)加熱。

②待品紅試紙、酸性KMn04溶液接近褪色時(shí)，向上拉起銅絲，熄滅酒精燈。此時(shí)，觀察到藍(lán)色石蕊試紙已經(jīng)變紅，具支試管中溶液呈藍(lán)綠色。

③打開乳膠管的止水夾，用洗耳球向裝置內(nèi)鼓入空氣，將滯留在裝置中的SO2盡可能全部吹到NaOH溶液中，使其被NaOH溶液吸收。

④將嵌有品紅試紙的膠塞稍稍拔起，用鑷子取出已褪色的品紅試紙（膠塞最好重新塞上），在酒精燈上烘熱，觀察到品紅試紙重新變紅。

4.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

該實(shí)驗(yàn)裝置中，濃硫酸與銅的反應(yīng)可控性強(qiáng)，避免了實(shí)驗(yàn)試劑的浪費(fèi)。實(shí)驗(yàn)過程中的尾氣和裝置中滯留的S02得到處理，避免了SO2污染環(huán)境，并防止了倒吸現(xiàn)象的發(fā)生，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的安全性和綠色化學(xué)的思想。實(shí)驗(yàn)的拓展性強(qiáng)，可在NaOH溶液中滴入幾滴酚酞，根據(jù)溶液顏色褪色，證明SO2與NaOH溶液發(fā)生了反應(yīng)，以便引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步研究SO2與NaOH溶液反應(yīng)的產(chǎn)物。雖然該裝置將多個(gè)單一實(shí)驗(yàn)整合在一起，但實(shí)驗(yàn)裝置并不復(fù)雜，且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，尤其是在復(fù)習(xí)課中使用，可以令學(xué)生耳目一新。有利于培養(yǎng)學(xué)生多角度觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行證據(jù)推理的能力，進(jìn)而有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1][2]化學(xué)課程教材研究發(fā)展中心.普通高中教科書（化學(xué)必修第一冊）[M].北京：人民教育出版社，2019，90-101

[3l王瑋.濃硫酸與銅反應(yīng)及二氧化硫性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的探究[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2017（2）：63