程志平

摘要：本文通過分析蘇教版和人教版中銅與濃硫酸反應(yīng)實驗裝置的優(yōu)缺點及實際操作過程中存在的問題，并在借鑒他人改進(jìn)的基礎(chǔ)上，提出創(chuàng)新的設(shè)計，簡化了裝置和操作，提高了實驗的綠色性和成功率，同時豐富了該實驗的功能，使其更有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生探究精神和創(chuàng)新意識。

關(guān)鍵詞：銅與濃硫酸反應(yīng)；裝置改進(jìn)；綠色化 探究性

中圖分類號： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-3315（2015）07-046-002

1. 研究背景

銅與濃硫酸反應(yīng)是高中化學(xué)教學(xué)中的一個經(jīng)典演示實驗，該反應(yīng)對學(xué)生理解濃硫酸的強氧化性，鞏固SO2氣體的檢驗方法，養(yǎng)成綠色環(huán)保意識具有重要的意義。人教版（圖1）[1]和蘇教版（圖2）[2]均給出了相應(yīng)的反應(yīng)裝置：

人教版的裝置采用抽拉銅絲的方法可以控制反應(yīng)的進(jìn)行，用試管夾夾住盛有品紅的試管，便于褪色后加熱復(fù)色，以進(jìn)一步驗證SO2，但是該裝置無尾氣吸收裝置，反應(yīng)結(jié)束后無法處理SO2，且實際操作中抽拉銅絲比較困難，需要一手握住試管，一手抽拉銅絲，不知如何騰出手來夾持試管？若先移開試管，再抽銅絲，則會造成大量SO2逸出，污染環(huán)境。

蘇教版的裝置考慮了尾氣處理，但是使用銅片不利于控制反應(yīng)。由于SO2溶解度較大，容易發(fā)生倒吸，筆者按照蘇教版的裝置進(jìn)行實驗，反應(yīng)結(jié)束后竟然不知道如何操作？如果先撤酒精燈，則很快倒吸，導(dǎo)致試管爆裂，濃硫酸灑出，非常危險；如果后撤酒精燈，則需要將兩支試管中的導(dǎo)管都拔出來，也會導(dǎo)致大量SO2逸出。且圖2中兩支試管都要固定，裝置較復(fù)雜。

兩種方案都使用品紅溶液檢驗SO2氣體，實際操作過程中發(fā)現(xiàn)褪色較慢，反應(yīng)時間過長。

在此基礎(chǔ)上，許多老師進(jìn)行了改進(jìn)，較為典型的如《化學(xué)教學(xué)》2012年第9期魏崇啟老師發(fā)表的《濃硫酸與銅反應(yīng)實驗的創(chuàng)新改進(jìn)》一文給出了三種改進(jìn)裝置[3]，如下圖3、4、5所示：

采用吸有品紅的濾紙條檢驗SO2縮短了反應(yīng)時間；用不同的方式控制銅絲與濃硫酸接觸與分離，達(dá)到控制反應(yīng)的目的；用球型干燥管防倒吸。

但是同樣存在著一些問題，比如裝置都較復(fù)雜，要用到2個鐵架臺固定；圖3所需濃硫酸用量明顯偏多；圖4其實轉(zhuǎn)動銅絲不是很方便；圖5根據(jù)筆者實際操作，磁鐵根本無法吸取鐵釘拉動銅絲。

此外這個實驗有許多異?，F(xiàn)象，比如試管底部有灰黑色固體，銅絲表面變黑，學(xué)生對此非常感興趣，如果能抓住這“憤”的時機，適時進(jìn)行“啟”，讓學(xué)生充分猜想，并設(shè)計實驗驗證自己的猜想，就能很好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神 ，而要進(jìn)行這方面的探究，均要打開塞子，殘留在裝置中的SO2會逸出污染環(huán)境，教材裝置和上述改進(jìn)裝置均缺乏進(jìn)行進(jìn)一步探究的功能。

2. 設(shè)計思想

簡化裝置和操作，節(jié)約藥品，綠色環(huán)保，便于課堂內(nèi)實現(xiàn)多功能的探究。

3. 方案設(shè)計

3.1實驗儀器及試劑

鐵架臺（帶鐵夾）、酒精燈、“Y”型管、醫(yī)用塑料滴管、直銅絲、繞成螺旋狀的銅絲、氣球、棉花、鑷子、導(dǎo)管a（90度彎管，孔徑較?。?dǎo)管b（孔徑較大，能將導(dǎo)管a套入）、棉線、雙孔橡膠塞、98%濃硫酸、品紅試紙、濃NaOH溶液、碳酸鈉固體、蒸餾水

3.2實驗裝置

實驗裝置見圖6

3.3實驗步驟、現(xiàn)象及結(jié)論

（1）按圖6搭好裝置，檢驗裝置氣密性，放好藥品。

（2）用鑷子夾住銅絲伸入至與濃硫酸接觸，無明顯現(xiàn)象，說明常溫下銅與濃硫酸不反應(yīng)。拉出銅絲，與濃硫酸脫離接觸。

（3）加熱濃硫酸至沸騰，用鑷子夾住銅絲迅速伸入與濃硫酸接觸，立即產(chǎn)生大量氣體，氣球先變大，再慢慢變??；約10秒左右品紅試紙褪色，說明有SO2氣體產(chǎn)生；溶液略微變藍(lán)，說明有Cu2+產(chǎn)生；管底出現(xiàn)大量灰白色固體，銅絲表面變黑。將銅絲抽出與濃硫酸脫離接觸，反應(yīng)立刻停止。

（4）加熱b導(dǎo)管，品紅試紙重新變回紅色，進(jìn)一步證明有SO2氣體生成。

（5）探究灰白色固體的成分（學(xué)生推測可能是無水CuSO4）：將“Y”型管向右傾斜，將剩余的濃硫酸倒入右管與碳酸鈉固體反應(yīng)，產(chǎn)生的CO2氣體將管內(nèi)SO2氣體排入氣球內(nèi)吸收。擠壓醫(yī)用塑料滴管，讓蒸餾水滴入左管，發(fā)現(xiàn)灰白色固體溶解，溶液變?yōu)樗{(lán)色，但是仍有少量黑色的固體，證明此灰白色固體主要成分是無水硫酸銅。進(jìn)一步分析原因時可鞏固學(xué)生對濃硫酸吸水性的理解。

（6）探究銅絲表面變黑的原因（學(xué)生推測可能是CuO）：由于上步操作已經(jīng)將裝置中殘留SO2排盡，此時可以直接打開塞子，用鑷子取下下端的螺旋狀銅絲，置于一支盛有稀硫酸的試管中，稍加熱發(fā)現(xiàn)溶液變成淺藍(lán)色，銅絲表面重新變成光亮的紫紅色，溶液中仍有少量黑色固體，說明銅絲表面主要成分是CuO，但是仍舊有不與稀硫酸反應(yīng)的黑色物質(zhì)，可讓學(xué)生根據(jù)元素組成猜測可能的成分，并課外查資料自學(xué)求證。

4. 實驗創(chuàng)新之處及優(yōu)點

（1）裝置簡單，操作方便。除加熱濃硫酸的操作需要將“Y”型管固定在鐵架臺上外，其余所有操作均可拿在手上操作，甚至可以走到學(xué)生中間操作，增強了課堂演示效果。

（2）實驗內(nèi)容豐富，將課堂演示和實驗探究巧妙地結(jié)合起來。既探究了銅與濃硫酸反應(yīng)的原理，又鞏固了產(chǎn)物的檢驗（CuSO4和SO2）方法，同時針對出現(xiàn)實驗異?，F(xiàn)象，及時讓學(xué)生猜測可能的原因、設(shè)計實驗方案、實施實驗，能較好的培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實驗?zāi)芰Α?/p>

（3）右管中的碳酸鈉固體與硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的CO2氣體將裝置中殘留的SO2氣體排出，便于打開塞子取出銅絲，對黑色固體進(jìn)行進(jìn)一步探究，同時也處理了余酸。

（4）銅絲下端卷成螺旋狀，可增大接觸面積，加快反應(yīng)的進(jìn)行。采用掛在直銅絲上的目的是方便伸入左管，同時可以及時取下更換，便于換班操作。

（6）利用品紅試紙檢驗SO2氣體，可以減少SO2的量，縮短反應(yīng)所需時間，故可以減少濃硫酸和銅的使用量。按照教材中實驗，濃硫酸需要2mL，品紅需要2mL，所需時間大約1分鐘，改進(jìn)后的方案濃硫酸只需1mL，品紅試紙一小張，整個實驗總花費時間只需30秒左右。

（7）利用裝有氫氧化鈉的氣球吸收SO2氣體，避免了溶液倒吸。

（8）導(dǎo)管a套入導(dǎo)管b內(nèi)，用乳膠管相連，再系上棉繩，這樣的設(shè)計增加了裝置穩(wěn)定性，不容易出現(xiàn)由于重心不穩(wěn)導(dǎo)致裝置傾斜。

（9）導(dǎo)管a較長，起到冷凝作用，有利于縮短品紅褪色的時間。

（10）實驗結(jié)束后只要打開乳膠管，用玻璃棒將導(dǎo)管b內(nèi)的品紅試紙捅到氣球里，再更換一張品紅試紙，重新掛一段銅絲，換一支“Y”型管即可，換班上課有充分的時間準(zhǔn)備，非常方便。

（11）b導(dǎo)管內(nèi)還可以放pH試紙、吸有酸性高錳酸鉀的濾紙等，可以綜合探究SO2氣體的還原性、漂白性、酸性等性質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋心琦主編.化學(xué)1（普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書）[M]北京：人民教育出版社，2004：85

[2]王祖浩主編.化學(xué)1（普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書）[M]南京：江蘇教育出版社，2010：92

[3]魏崇啟.銅與濃硫酸反應(yīng)實驗的創(chuàng)新改進(jìn)[J]化學(xué)教學(xué)，2012，（9）：47-48