浓硫酸与铜反应实验的再改进
2022-06-08
摘要：浓硫酸与铜的反应作为课堂演示实验，实际现象与理论上存在着显著差异，教学效果不理想，并存在一定的污染隐患。在上海市二期课改教材对该实验改进的基础上，结合教学实际，对该实验进行了再改进，使实验现象和理论描述相一致，同时消除了污染，提高了教学效果。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词：浓硫酸和铜的反应；实验改进；实验现象
文章编号：1005?C6629（2014）7?C0064?C02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
实验是化学的灵魂，演示实验在化学教学中的地位举足轻重，它使枯燥的课堂多了趣味性，使学生的求知欲有了主动性。为此通常要求课堂演示实验现象明显、操作容易，而且少污染。
1 问题的提出
人教版化学必修第一册第六章第三节中的铜片与浓硫酸反应实验存在弊端[1]：演示结束后，未反应的铜片继续和浓硫酸反应，生成有毒气体二氧化硫，既浪费药品又污染环境。
人教版标准实验教科书中针对以上弊端作了如下改进[2]：用长铜丝代替铜片，在胶塞一侧挖一个凹槽，使铜丝从凹槽处伸出，反应结束后，将铜丝抽出液面，反应即停止。但是，在实际操作时发现，在胶塞上挖凹槽大小不好把握，铜丝质地软，穿过胶塞后导致气密性不好，导出的气体不足，品红褪色现象不明显。
上海二期课改化学高中一年级第二学期（试用本）5.3“硫酸”这一章节中，对该实验又作了改进[3]，装置如图1所示。
在a试管中放入一小块铜片，加入5mL 98%浓硫酸，b试管里盛有0.1%的品红溶液，c试管里盛有20%氢氧化钠溶液。给a试管微微加热，一段时间后，发现a试管里的Cu片表面逐渐变黑，继续加热有大量刺激性气体产生，形成墨绿色浊液，试管底部有灰白色沉淀；再加热，试管中出现白雾，浊液澄清，灰白色沉淀依然存在，Cu片消失；冷却，静置，将a试管中液体倒入另一支盛水的试管中，管壁发烫，溶液略带蓝色，此时，可闻到刺激性气味。将灰白色固体倒入水中，形成蓝色溶液。b试管里的品红溶液褪色。此方案的操作简单，现象明显，但装置较为复杂（要附抽气管和抽气装置），与理想的现象有一定的出入，实验过程中还会产生少量污染。
2 实验改进
针对上述实验的弊端，我们对该实验又作了如下改进（见图2）。
将图1中a试管中的单孔塞改成双孔塞，在a试管接上双联球，去掉抽气管和抽气装置，将98% H2SO4改为80% H2SO4。反应开始，即迅速给a试管加热至沸腾，并用双联球向a试管中鼓入空气，一段时间后，观察现象，发现a试管里的溶液变为蓝色，b试管里的品红溶液褪色。反应结束后，继续鼓入空气，利用c试管中的氢氧化钠溶液，将a试管中反应产生的气体完全吸收。拆除装置，用滴管将c试管中NaOH溶液慢慢加入a试管，观察现象，a试管里出现蓝色沉淀。
改进后的优点：
（1）整个装置在实验制气过程中不拆卸，气密性好，没有污染。
（2）教材中因为用的是98% H2SO4，很难直接看到蓝色的CuSO4溶液，要想观察到蓝色的CuSO4溶液，只能向a试管中加水，或将a试管中的反应液倒入一定量的水中，而此过程往往会有SO2泄露，污染环境。改用80%H2SO4后，就能直接观察到蓝色的CuSO4溶液，省略了加水这个环节及相关的解释。除此之外，改进后的实验还能看到氢氧化铜沉淀的生成。
（3）装置的最后部分由氢氧化钠溶液吸收尾气，而且用双联球可以基本除尽装置中的SO2。将c试管中NaOH溶液慢慢加入a试管，c试管中的NaOH溶液得以充分利用，同时可以观察到蓝色Cu（OH）2沉淀的生成，最终还能够消除酸污染，可谓一举三得。
3 实验分析
按教材方案选用98% H2SO4时，根据氧化还原知识和酸的通性可判断黑色物质应是：CuS、Cu2S。因为加热初期，温度不高（低于100℃），浓硫酸氧化性不够强，化学反应主要表现为：
参考文献：
[1]全日制普通高级中学教科书（试验本）《化学》第一册（必修）[M].北京：人民教育出版社，1997：216.
[2]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书?化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2010：101.
[3]高级中学课本《化学》高中一年级第二学期（试用本）[M].上海：上海科学技术出版社，2009：15.
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词：浓硫酸和铜的反应；实验改进；实验现象
文章编号：1005?C6629（2014）7?C0064?C02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
实验是化学的灵魂，演示实验在化学教学中的地位举足轻重，它使枯燥的课堂多了趣味性，使学生的求知欲有了主动性。为此通常要求课堂演示实验现象明显、操作容易，而且少污染。
1 问题的提出
人教版化学必修第一册第六章第三节中的铜片与浓硫酸反应实验存在弊端[1]：演示结束后，未反应的铜片继续和浓硫酸反应，生成有毒气体二氧化硫，既浪费药品又污染环境。
人教版标准实验教科书中针对以上弊端作了如下改进[2]：用长铜丝代替铜片，在胶塞一侧挖一个凹槽，使铜丝从凹槽处伸出，反应结束后，将铜丝抽出液面，反应即停止。但是，在实际操作时发现，在胶塞上挖凹槽大小不好把握，铜丝质地软，穿过胶塞后导致气密性不好，导出的气体不足，品红褪色现象不明显。
上海二期课改化学高中一年级第二学期（试用本）5.3“硫酸”这一章节中，对该实验又作了改进[3]，装置如图1所示。
在a试管中放入一小块铜片，加入5mL 98%浓硫酸，b试管里盛有0.1%的品红溶液，c试管里盛有20%氢氧化钠溶液。给a试管微微加热，一段时间后，发现a试管里的Cu片表面逐渐变黑，继续加热有大量刺激性气体产生，形成墨绿色浊液，试管底部有灰白色沉淀；再加热，试管中出现白雾，浊液澄清，灰白色沉淀依然存在，Cu片消失；冷却，静置，将a试管中液体倒入另一支盛水的试管中，管壁发烫，溶液略带蓝色，此时，可闻到刺激性气味。将灰白色固体倒入水中，形成蓝色溶液。b试管里的品红溶液褪色。此方案的操作简单，现象明显，但装置较为复杂（要附抽气管和抽气装置），与理想的现象有一定的出入，实验过程中还会产生少量污染。
2 实验改进
针对上述实验的弊端，我们对该实验又作了如下改进（见图2）。
将图1中a试管中的单孔塞改成双孔塞，在a试管接上双联球，去掉抽气管和抽气装置，将98% H2SO4改为80% H2SO4。反应开始，即迅速给a试管加热至沸腾，并用双联球向a试管中鼓入空气，一段时间后，观察现象，发现a试管里的溶液变为蓝色，b试管里的品红溶液褪色。反应结束后，继续鼓入空气，利用c试管中的氢氧化钠溶液，将a试管中反应产生的气体完全吸收。拆除装置，用滴管将c试管中NaOH溶液慢慢加入a试管，观察现象，a试管里出现蓝色沉淀。
改进后的优点：
（1）整个装置在实验制气过程中不拆卸，气密性好，没有污染。
（2）教材中因为用的是98% H2SO4，很难直接看到蓝色的CuSO4溶液，要想观察到蓝色的CuSO4溶液，只能向a试管中加水，或将a试管中的反应液倒入一定量的水中，而此过程往往会有SO2泄露，污染环境。改用80%H2SO4后，就能直接观察到蓝色的CuSO4溶液，省略了加水这个环节及相关的解释。除此之外，改进后的实验还能看到氢氧化铜沉淀的生成。
（3）装置的最后部分由氢氧化钠溶液吸收尾气，而且用双联球可以基本除尽装置中的SO2。将c试管中NaOH溶液慢慢加入a试管，c试管中的NaOH溶液得以充分利用，同时可以观察到蓝色Cu（OH）2沉淀的生成，最终还能够消除酸污染，可谓一举三得。
3 实验分析
按教材方案选用98% H2SO4时，根据氧化还原知识和酸的通性可判断黑色物质应是：CuS、Cu2S。因为加热初期，温度不高（低于100℃），浓硫酸氧化性不够强，化学反应主要表现为：
参考文献：
[1]全日制普通高级中学教科书（试验本）《化学》第一册（必修）[M].北京：人民教育出版社，1997：216.
[2]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书?化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2010：101.
[3]高级中学课本《化学》高中一年级第二学期（试用本）[M].上海：上海科学技术出版社，2009：15.