利用銅箔對(duì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的探究與改進(jìn)

李勇軍

摘 要：銅片在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中多次出現(xiàn)，是中學(xué)實(shí)驗(yàn)室必備的用品。在銅和氯化鐵溶液的反應(yīng)中，該教材設(shè)計(jì)了“活動(dòng)與探究”內(nèi)容：“用毛筆蘸取少量30%的氯化鐵溶液，在銅片上畫一個(gè)‘+，放置片刻后，用少量水將銅片上的溶液沖到小燒杯中?！痹搶?shí)驗(yàn)對(duì)銅片的要求要大些才行。我在做此實(shí)驗(yàn)時(shí)一般會(huì)在一大塊銅箔上用毛筆蘸取氯化鐵溶液寫出“勤學(xué)”等勵(lì)志的漢字，以起到更加深刻、震撼和多元化的教學(xué)效果。腦中突然閃現(xiàn)：能否也用大塊的銅箔來(lái)實(shí)現(xiàn)其他一些實(shí)驗(yàn)?zāi)兀坎⒁源碎_(kāi)展了實(shí)驗(yàn)研究。

關(guān)鍵詞：銅箔;實(shí)驗(yàn)探究;改進(jìn)

一、對(duì)銅和濃硫酸實(shí)驗(yàn)的探究與改進(jìn)

關(guān)于銅和濃硫酸實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)很多同行進(jìn)行過(guò)深入的探究，其中華東師范大學(xué)何自航、丁偉兩位老師的相關(guān)文章[1]對(duì)該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的闡述較為全面，但最后的改進(jìn)結(jié)果還是立足于課本原有實(shí)驗(yàn)主裝置，從便于控制、環(huán)保、安全等方面進(jìn)行局部改進(jìn)，改進(jìn)后的裝置似有裝置復(fù)雜、氣密性要求高、現(xiàn)實(shí)可操作性不強(qiáng)等問(wèn)題。

我改用厚0.50mm、同石棉網(wǎng)大小的大銅箔，用三腳架支撐，將一滴濃硫酸滴在銅箔中央，用沾有一小段檢驗(yàn)試紙（品紅溶液試紙或酸性高錳酸鉀溶液試紙）的表面皿倒扣在酸滴上方，用酒精燈直接在滴有酸滴的銅箔下方加熱，不到一分鐘，可透過(guò)表面皿玻璃觀察到酸滴處有大量氣體產(chǎn)生，試紙逐漸褪色（高錳酸鉀試紙褪色很快，品紅試紙褪色明顯要慢很多）。可證明有二氧化硫氣體產(chǎn)生。撤去酒精燈，用鑷子（不能用手直接拿，以防燙傷）拿開(kāi)倒置的表面皿，可以看到銅箔上的酸滴變?yōu)橐院谏珵橹鞯墓腆w，用滴管向黑斑處滴少量水，片刻后再吸入滴管，可明顯看到吸入滴管中的溶液顯藍(lán)綠色，說(shuō)明產(chǎn)物中有硫酸銅產(chǎn)生。至于生成的硫酸銅主要為黑色是因?yàn)榛煊写罅康难趸~所致，曾有文獻(xiàn)猜測(cè)說(shuō)該黑色物質(zhì)可能會(huì)有硫化銅成分，這是不科學(xué)的，因?yàn)橛孟←}酸很快就能全部溶解掉該黑斑，還原出銅箔本來(lái)的紅色面目。

針對(duì)該實(shí)驗(yàn)表面皿里小段試紙褪色不便于演示觀察的弊端，改用培養(yǎng)皿代替表面皿，改用整張浸透酸性高錳酸鉀溶液的圓形濾紙粘附在培養(yǎng)皿底部以檢驗(yàn)和吸收二氧化硫，酸滴可增多到兩滴，其余操作不變。也可在不到兩分鐘的加熱時(shí)間里看到整張紫紅色的濾紙幾乎褪為無(wú)色。如果用整張濾紙浸透品紅溶液重復(fù)此實(shí)驗(yàn)，品紅試紙褪色效果不明顯，可能主要是因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)濃硫酸用量少所限，產(chǎn)生的二氧化硫氣體不多，短時(shí)間內(nèi)不能讓大量品紅明顯褪色。在二氧化硫氣體使品紅褪色的“漂白性”表現(xiàn)還有爭(zhēng)議[2]的情況下，本改進(jìn)實(shí)驗(yàn)建議用酸性高錳酸鉀試紙來(lái)檢驗(yàn)二氧化硫氣體為佳。

二、對(duì)鈉燃燒實(shí)驗(yàn)的探究與改進(jìn)

和很多同行一樣，按照課本提示（見(jiàn)蘇教版化學(xué)必修1P49“觀察與思考”【實(shí)驗(yàn)2】）每次進(jìn)行鈉燃燒實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，在給同學(xué)們展示石棉網(wǎng)上鈉燃燒以后的樣品時(shí)，大量的黑色物質(zhì)幾乎掩蓋了少量的淡黃色產(chǎn)物，演示效果很不理想。筆者為此翻閱了不少相關(guān)文章，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的改進(jìn)主要集中在載體材料的改進(jìn)上，有用坩堝、蒸發(fā)皿、破試管（硬質(zhì)玻管）、鐵片、燃燒匙的。這些改進(jìn)較采用石棉網(wǎng)均有利于淡黃色產(chǎn)物的觀察，且一般不與鈉發(fā)生反應(yīng)，但仍存在某些缺陷。如坩堝、蒸發(fā)皿的形狀不利于學(xué)生直觀觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程;破試管在鈉燃燒時(shí)容易炸裂;鐵片容易生銹，不便保存和重復(fù)使用;燃燒匙除不易觀察外，實(shí)驗(yàn)過(guò)后還不易清理干凈。能否用銅箔代替石棉網(wǎng)進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

我先在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行了相應(yīng)嘗試：繼續(xù)用0.50mm厚的銅箔代替石棉網(wǎng)進(jìn)行鈉的燃燒實(shí)驗(yàn)：取黃豆粒大小鈉塊，用濾紙吸干鈉表面的煤油，用小刀除去鈉表面的氧化層，擱置在洗凈晾干的銅箔中央，用酒精燈在銅箔下方對(duì)著鈉塊處加熱，鈉塊很快熔化成閃亮的小球，逐漸變灰……令人費(fèi)解的是，一直加熱了五分鐘，也不見(jiàn)鈉燃燒起來(lái)。十分鐘過(guò)去了，銅箔外層加熱區(qū)域已氧化變黑、能明顯感到有熱量輻射，鈉珠依然沒(méi)有燃燒的跡象，直到我放棄加熱。這是為什么呢？疑惑中我查閱了大學(xué)教材《無(wú)機(jī)化學(xué)》等書(shū)籍，得知鈉的燃燒產(chǎn)物與氧氣的濃度和反應(yīng)溫度有關(guān)，在低溫（200℃以下）和氧氣不足的情況下生成氧化鈉，300℃～400℃時(shí)才能生成過(guò)氧化鈉，另外，查資料可知Na2O2在460℃時(shí)熔化并分解產(chǎn)生氧化鈉和氧氣。綜上可得，要保證鈉燃燒的產(chǎn)物是過(guò)氧化鈉就必須盡量控制溫度在300℃～460℃之間。酒精燈的火焰溫度一般在五六百攝氏度左右，為什么通過(guò)銅箔不能將鈉引燃？難道是因?yàn)殂~是熱的良導(dǎo)體，銅箔太厚太大，酒精燈火焰的溫度被及時(shí)傳導(dǎo)分散，致使局部溫度達(dá)不到鈉的著火點(diǎn)？如果將銅箔厚度變薄，是否可行？

改用厚度為0.11mm的銅箔代替上述厚銅箔，其余操作不變。當(dāng)酒精燈火焰在銅箔下方對(duì)著鈉塊加熱時(shí)，很快看到鈉塊熔化成小球，緊接著開(kāi)始燃燒起來(lái)，發(fā)出黃色的火焰（擔(dān)心有銅的綠色火焰干擾，卻始終沒(méi)有看到），此時(shí)及時(shí)撤去酒精燈，鈉珠繼續(xù)燃燒直至燃燒完全，所得產(chǎn)物開(kāi)始表現(xiàn)為棕黑色，隨著溫度的降低，逐漸變成棕色、橙色、淡黃色，形狀如珊瑚礁，過(guò)氧化鈉的面目一清二楚，周圍極少的黑色痕跡可能是殘留煤油的不完全燃燒，也可能是銅的氧化物，已不重要。大量的淡黃色過(guò)氧化鈉在表面部分氧化的深紅色銅箔上熠熠生輝。

參考文獻(xiàn)：

[1]何自航，丁偉.銅和濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2012（3）：49-50.

[2]黃莎莎，丁偉.二氧化硫“漂白性”實(shí)驗(yàn)的探究[J].化學(xué)教學(xué)，2013（1）：51-53.