“銅和濃硫酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方法

摘 要：高中化學(xué)的教學(xué)，不僅要傳授基礎(chǔ)性理論知識(shí)，還要培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手與操作能力.銅和濃硫酸反應(yīng)涉及很多重要知識(shí)點(diǎn)，是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的關(guān)鍵內(nèi)容.要想讓學(xué)生熟練掌握相關(guān)內(nèi)容，教師應(yīng)當(dāng)做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，滿足學(xué)生的差異化學(xué)習(xí)需求.據(jù)此，本文基于高中化學(xué)“銅和濃硫酸反應(yīng)”的具體實(shí)驗(yàn)，分析了實(shí)驗(yàn)中存在的問題，并提出了改進(jìn)策略，以期為教師的教學(xué)工作提供參考.

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改進(jìn)策略；銅和濃硫酸；高中化學(xué)

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）36-0140-03

收稿日期：2023-09-25

作者簡(jiǎn)介：袁朝英（1979.1-），女，碩士，中學(xué)高級(jí)教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

“銅與濃硫酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要內(nèi)容，涉及很多知識(shí)點(diǎn)和基礎(chǔ)理論知識(shí).根據(jù)對(duì)舊版化學(xué)教材中“銅和濃硫酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的分析可知，該實(shí)驗(yàn)存在著不完善之處，需要優(yōu)化和改進(jìn).為了彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)中現(xiàn)存的缺陷，已將銅板轉(zhuǎn)換為銅片，再和濃硫酸反應(yīng).但是，此改進(jìn)實(shí)驗(yàn)也不完美，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，即使已經(jīng)撤掉了酒精燈，仍然無法停止化學(xué)反應(yīng)，造成實(shí)驗(yàn)試劑的浪費(fèi)^[1].需要廣大教師繼續(xù)研究該化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方法.

1 化學(xué)教材中的“銅和濃硫酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)

在帶有導(dǎo)管的橡膠塞側(cè)面挖凹槽，插入銅線線圈.試管中加入2 mL濃硫酸，用橡膠塞塞住，使?jié)饬蛩崤c銅線接觸.加熱后，將產(chǎn)生的氣體依次通入品紅溶液和石蕊溶液中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.向外拉銅線終止反應(yīng)，冷卻后，將試管中的內(nèi)容物慢慢倒入另一支加少許水的試管中，觀察溶液顏色.

注意事項(xiàng)：

（1）圖標(biāo)說明

①需要佩戴護(hù)目鏡，保護(hù)眼睛；

②實(shí)驗(yàn)中會(huì)用到明火.要正確使用火源，并束好長(zhǎng)發(fā)、系緊寬松衣物；

③實(shí)驗(yàn)中會(huì)遇到加熱操作，或用到溫度較高的儀器.應(yīng)選擇合適的工具進(jìn)行操作，避免直接觸碰；

④實(shí)驗(yàn)中會(huì)用到或產(chǎn)生有害氣體，或產(chǎn)生煙、霧.應(yīng)開啟排風(fēng)管道或排風(fēng)扇；

⑤實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，離開實(shí)驗(yàn)室前需用肥皂等清洗雙手.

（2）濃硫酸具有很強(qiáng)的腐蝕性，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意安全防護(hù)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫J(rèn)識(shí)濃硫酸與銅的反應(yīng)，進(jìn)一步了解SO₂性質(zhì)、掌握濃硫酸性質(zhì).

實(shí)驗(yàn)原理：

Cu+2H₂SO₄（濃）====CuSO₄+SO₂↑+2H₂O

實(shí)驗(yàn)器材：試管、酒精燈、直角玻璃導(dǎo)管、一個(gè)小孔的橡皮塞、量筒、燒杯.

圖1為傳統(tǒng)“銅和濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)”裝置圖.

2 “銅和濃硫酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)作用是讓學(xué)生更容易理解化學(xué)現(xiàn)象，學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)，感知化學(xué)原理.學(xué)生在參與動(dòng)手體驗(yàn)中能更直觀地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，了解操作方法和化學(xué)原理，形成更深刻的認(rèn)知體會(huì).針對(duì)“銅和濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)”中的問題進(jìn)行分析，再提出改進(jìn)方法.

2.1 高中化學(xué)教材中“銅和濃硫酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)存在的問題

2.1.1 實(shí)驗(yàn)器材選擇問題

為了讓實(shí)驗(yàn)人員隨時(shí)控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，使用銅絲.實(shí)驗(yàn)人員在抽動(dòng)銅絲控制實(shí)驗(yàn)時(shí)，因?yàn)橄鹌と嫌行〔?，若銅絲抽動(dòng)不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致二氧化硫氣體外泄，污染空氣.銅絲在經(jīng)過橡皮塞的凹槽進(jìn)入到試管中時(shí)，會(huì)接觸到試管內(nèi)壁.具體操作時(shí)不方便，可能會(huì)破壞實(shí)驗(yàn)器材.

2.1.2 二氧化硫處理問題

新版教科書中使用銅絲開展實(shí)驗(yàn)，利用銅絲抽動(dòng)完成實(shí)驗(yàn)進(jìn)程控制.因?yàn)橄鹌と邪疾?，很容易發(fā)生二氧化硫泄露問題.如果無法及時(shí)處理二氧化硫氣體流出后問題，不僅會(huì)污染空氣，還會(huì)威脅到教師和學(xué)生的身心健康.

2.1.3 防止倒吸與實(shí)驗(yàn)進(jìn)程控制需求難以同時(shí)滿足

雖然教材中設(shè)置了尾氣吸收裝置，降低二氧化硫?qū)諝猱a(chǎn)生的污染，但二氧化硫氣體的溶解度很大，發(fā)生倒吸問題的概率更高.如果先移開酒精燈，會(huì)出現(xiàn)倒吸，可能導(dǎo)致反應(yīng)試管炸裂，濃硫酸泄露，傷害到實(shí)驗(yàn)人員，有一定的安全隱患；如果是后移開酒精燈，必須將兩支試管中的導(dǎo)管拔出來，又有可能引起二氧化硫氣體泄露，與綠色化學(xué)的要求不符合.

2.2 高中化學(xué)“銅和濃硫酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方法

2.2.1 改進(jìn)要點(diǎn)

第一，減少銅絲與試管內(nèi)壁觸碰的幾率，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)；第二，優(yōu)化尾氣處理裝置，合理處理實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的二氧化硫氣體；第三，同時(shí)滿足防止倒吸與控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)程的雙重目標(biāo).

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)需使用的儀器：鐵架臺(tái)、兩支大試管（雙孔塞）、洗耳球、燒杯、氫氧化鈉溶液、濃硫酸、品紅溶液、酒精燈、玻璃試管、橡膠管.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示.

2.2.2 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后的優(yōu)點(diǎn)

第一，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單.二氧化硫氣體的產(chǎn)生、檢測(cè)與處理裝置都是常規(guī)裝置，設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)便.第二，實(shí)驗(yàn)反應(yīng)速度快.可以通過移動(dòng)銅絲控制實(shí)驗(yàn)反應(yīng).第三，實(shí)驗(yàn)的氣密性更好.橡膠緊密包裹與擠壓銅絲，避免氣體泄露.第四，在銅絲和玻璃導(dǎo)管之間留了足夠的空隙，減少銅絲損壞儀器的內(nèi)壁.第五，銅絲和濃硫酸在反應(yīng)過程中產(chǎn)生的黑色沉淀較少，可以讓學(xué)生清晰地觀察到結(jié)果.利用氫氧化鈉溶液處理尾氣，避免出現(xiàn)倒吸情況.第六，在拆除該裝置之前，可以采用向橡膠管裝置當(dāng)中吹入空氣方式，排除裝置中殘存的二氧化硫氣體，安全處理二氧化硫危害氣體，避免對(duì)空氣產(chǎn)生不良影響，讓整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程更加綠色環(huán)保^[2].

2.3 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)實(shí)施中需要注意的事項(xiàng)

（1）濃硫酸的使用量為2 mL左右，避免浪費(fèi).銅絲事前打磨好，確保銅絲上的保護(hù)層剝落.

（2）在濃硫酸加熱過程中，等濃硫酸沸騰時(shí)快速放下銅絲，撤離酒精燈.

（3）仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，等安全裝置中的品紅溶液褪色之后（品紅溶液遇二氧化硫生成無色物質(zhì)，加熱后品紅溶液復(fù)色），實(shí)驗(yàn)人員需要將銅和濃硫酸分離，停止繼續(xù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng).

（4）當(dāng)實(shí)驗(yàn)裝置冷卻后，利用氫氧化鈉溶液吸收實(shí)驗(yàn)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，讓學(xué)生可清晰觀察到溶液顏色的變化.

3 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)改進(jìn)總結(jié)

由于二氧化硫有毒性，會(huì)污染環(huán)境，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡量避免二氧化硫逸出對(duì)外部環(huán)境產(chǎn)生的不良影響.改進(jìn)后優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性設(shè)置和尾氣處理裝置，有效阻止各種副作用的發(fā)生^[3].總而言之，學(xué)生通過參與改進(jìn)后的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮主體作用，結(jié)合實(shí)際觀察現(xiàn)象來思考有效的化學(xué)操作.在體驗(yàn)中主動(dòng)思考化學(xué)現(xiàn)象與規(guī)律，促進(jìn)學(xué)生參與積極性的提升和思維的活躍，也讓學(xué)生的知識(shí)不斷內(nèi)化，進(jìn)而達(dá)成提升能力與落實(shí)核心素養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

[1]高霞.高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)策略：以“銅和濃硫酸”為例[J].教師，2021（15）：59-60.

[2]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（下半月），2017，6（02）：64-65.

[3]張宗濤.高中化學(xué)濃硫酸和銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)探究[J].文理導(dǎo)航（中旬），2021（04）：56-57.

[責(zé)任編輯：季春陽(yáng)]