“硫酸的制取和性質”導課過程中的“生成”

文章編號：1005－6629(2008)11－0029－03 中圖分類號：G633.8文獻標識碼：B

關注“生成”是新課程實施后教學觀念的一種轉變，此時教材不再是預告規定好等待教師去教、學生去學的教學內容，而是實現課程目標的一種教學資源，這種教學資源并非凝固不變的，而是在教師創造性的開發和使用教材、在生動具體的教學活動中不斷豐富和發展的，也就是可以動態地“生成”。筆者在蘇教版必修一“硫酸的制取和性質”教學導課中，通過深入分析和挖掘教材內容的多重價值、捕捉實驗過程中的“非預期因素”，獲得了一些“生成性”的資源，現將導課過程中三個“生成”拿出來與大家一起分享。

1“生成之一”——濃硫酸遇pH試紙先變紅后“不”變黑

高中化學新課程給予化學實驗更充分更全面的關注，更好地突出了化學學科“以實驗為基礎”的特征，展示了一門以實驗為基礎的自然科學的豐富內涵和獨特魅力。它重視通過典型的化學實驗事實幫助學生認識物質及其變化的本質和規律，提倡引導學生通過實驗探究來學習化學。

為了探究濃硫酸的酸性和脫水性，筆者在實驗室試著先做了pH試紙上滴加濃硫酸的實驗，并預設能看到試紙先變紅后變黑的現象，沒想到“意外”發生了。當筆者將2～3滴質量分數為98.3%濃硫酸(新拆封的)滴加到pH試紙后，發現試紙是馬上變紅了，可等了五分鐘都沒有發現其變黑，只是有點破損，再過半小時，蘸上濃硫酸部分的試紙被完全溶解，期間一直沒有黑色物質的出現。

是不是硫酸的量不夠多，導致炭化速率慢？為了進一步探究這一實驗現象，筆者又進行了如下實驗：

實驗1：在盛有10mL濃硫酸的蒸發皿中加入五張pH試紙(撕開的)；

現象：pH試紙立刻變紅，且慢慢溶解。15分鐘后，試紙全部溶解，在此過程中一直沒有黑色物質生成。

實驗2：將實驗1反應后的溶液慢慢中和至堿性，加入幾滴新制Cu(OH)2，再加熱至沸；

現象：蒸發皿中出現磚紅色沉淀。

實驗3：將一疊pH試紙(約25張，不撕開)放入盛有10mL濃硫酸的蒸發皿；

現象：試紙馬上變紅，且慢慢溶解；過一會兒蒸發甲皿中出現黑色固體，且越來越多。

實驗4：取二張濾紙，在上面都用蘸有濃硫酸的玻棒劃一條直線，一張不烘干，一張放酒精燈上小心烘，觀察現象；

現象：不烘干的那張濾紙，一開始無明顯現象，劃痕處濾紙漸漸變??；5分鐘后，劃痕處出現少量紅褐色物質；10分鐘后，劃痕處開始破損，濾紙上紅褐色物質增多，局部已變成黑色；小心烘干的那張濾紙，迅速變黑。

可見，在pH試紙上蘸濃硫酸或將pH試紙投入濃硫酸中，試紙將可能發生兩個反應——水解反應和炭化反應，何者更占優勢要視具體實驗條件。若所選的試紙是分開的，反應過程中釋放的熱量能得到及時的散失，則主要以水解為主(如實驗1)，其反應過程中幾乎看不到黑色固體；若試紙疊在一起，那么反應中的熱量得到積聚后，會使炭化反應速率變快，則水解和炭化兩個反應并存(如實驗3)；若直接給反應加熱，則基本以炭化反應為主了(如實驗4)。

這個實驗給我們的啟迪是：如果從微型少量 的角度處置這個實驗，即所選的試紙只有一張，看到只能是試紙先變紅后不變黑的現象。那種認為會看到先變紅后變黑的結論，是從氯水中滴加石蕊試液看到石蕊先變紅后褪色這一實驗現象想當然地嫁接過來的，跟具體的實驗事實有距離。

2“生成之二”——濃硫酸不小心蘸到皮膚上應先用大量水沖洗

“形成綠色化學的概念，強化實驗安全意識”是《課程標準》對“化學實驗”提出的目標，作為教師我們有責任有義務把這樣的一種安全意識滲透到平時的教學中去，讓學生“能靈活運用基本安全知識找出處理緊急情況的辦法”。蘇教版“硫酸的制取與性質”對濃硫酸沾到衣服或皮膚上這一事故如何處理卻只字未提，是編者刻意回避，還是為讓教師有更大的發揮空間而留有余地。目前，針對這一化學事故的處理，不同的教材意見各不相同，有關它的討論也層出不窮。不同版本的教材對這一化學事故的處理意見主要表現為：

不同教材對這一實驗事故截然不同的處理辦法，讓很多老師無所適從，一頭霧水。由此出現了很多意見：有的老師認為老教材處理方法合理，如果用大量水沖洗，皮膚上的濃硫酸稀釋時會產生大量的熱，燒壞皮膚；有的老師認為新教材更符合實際，因為實驗室中的抹布一般不會很干凈，等找來抹布，手已經燒傷一會兒了，且在擦的過程中會擴大擦傷面，而直接用大量的水清洗，因水的比熱大，快速的水流可帶走大量的熱，效果更好、更安全。也有的老師認為因視具體情況定，若沾到硫酸少，就用大量水沖洗；若沾到硫酸多，就先找干凈的布擦，再用大量的水沖洗。

正在筆者疑慮的時候，“意外”地收到了一封來自浙大大一學生有關硫酸實驗現象的來信，她在信中向筆者描述了以下實驗的片段：

教授：向同學展示了一瓶硫酸，然后拿火柴梗在里面浸了一下，取出，微微加熱后火柴梗變黑，并設問這瓶硫酸濃度怎樣。

學生：異口同聲說“濃”。

教授：將這瓶硫酸直接往手背上倒，然后打開水龍頭將手伸到水下沖。

學生：學生目瞪口呆，忍不住尖叫。

教授：展示這只“受傷的手”。

學生：發現教授的手毫發未損。(筆者注：請勿模仿)

為了證實這一實驗現象，筆者拿了一塊豬肉到實驗室再試驗，實驗現象與教授的演示如出一轍，豬肉的表皮沒有紅腫發熱現象。這個結果無疑表明：濃硫酸蘸到皮膚上，用大量水沖洗不會對皮膚造成傷害，濃硫酸遇水雖然會放熱，但大量的流水不會讓水溫升高很多。既然這樣，那么在實驗室發生了這一事故，此種處理方法當為最佳，因為實驗室中使用的抹布不但濕而且還蘸有一些化學藥品，一般不能使用，而且在用干布擦拭的過程中，稍有不甚還可能引起掉皮、擴大擦傷面，從而加重受傷程度。

因此，對于硫酸事故的處理，在實驗室里應立即用大量的水沖洗，比先擦后洗帶來的傷害要小。這一實驗現象也使筆者“生成”了這樣的教學態度，要多用實驗事實說話。

3“生成之三”——銅與濃硫酸反應可通過實驗操作與裝置的改進而優化

銅與濃硫酸的反應是一個較為經典的實驗，蘇教版對該實驗的設置與人教版老教材相比幾乎沒有改進。筆者按新教材中的實驗裝置操作時，發現了三個問題：一是將SO2通入品紅溶液，不僅耗時長，而且在該過程中冷的品紅溶液極易倒吸到熱的濃硫酸中，后果不堪設想；二是實驗結束后，很難在試管中直接觀察到藍色的Cu2+，需待試管冷卻到室溫后，將懸濁液即試管底部灰黑色的沉淀和上層過量的硫酸，一并傾倒入水中，方可看到藍色溶液，這樣的操作既麻煩又耗時；三是在用銅片做該實驗的過程中，會有大量黑色沉淀生成，課堂上向學生解釋生成它的原因，顯然超出這節課的范圍，不解釋，鮮活的實驗事實就擺在那兒，難以敷衍搪塞。

筆者試著對該實驗進行了改進。針對第一個問題，將品紅溶液替換成濕潤的品紅試紙，不僅避免了倒吸現象，還大大縮短了反應時間。針對第二個問題，考慮到是因為反應體系中水太少才導致生成的CuSO4沒法溶解，筆者試著適當降低濃硫酸的濃度，以此來增加反應體系中的水量，結果發現用90%的硫酸代替98%的硫酸時即解決了上面的問題。在這一濃度下，硫酸仍然保持了強氧化性能將銅單質氧化，而且生成的CuSO4部分可以溶解在水中，實驗結束后，即看到試管中生成淺藍色的溶液，能馬上得出銅被氧化成Cu2+這個結論，非常簡單。針對第三個問題，通過查閱文獻和資料，發現Cu和濃硫酸反應過程中得到的灰黑色沉淀成分復雜， 除了CuSO4外、還有CuO、Cu2S、CuS、S等雜質， 但是這些沉淀是可以繼續與濃硫酸反應的(如下)。

Cu+H2SO4CuSO4+H2O

Cu2S+2H2SO4(濃)CuSO4+CuS+SO2↑+2H2O

CuS+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+S+2H2O

S+2H2SO4(濃)3SO2↑+2H2O

那么在保證反應過程中濃硫酸足量、反應時間足夠長的條件下，這些黑色沉淀是否就全溶解了呢？筆者經過進一步探究發現，銅表面黑色物質的生成，除了與銅與硫酸的相對作用、反應時間有關外，還與銅的表面積以及反應的溫度有很大的關系。銅過量或銅片表面積越大，越容易生成黑色固體；而適當縮小銅表面積(用表面積0.25cm2、厚1.5mm銅片)又使濃硫酸保持足量，則幾乎沒有黑色物質生成。

綜合上述實驗，筆者最終設計出了如圖所示的裝置，能既安全又較快地看到所有的實驗現象，而且比教材中的裝置簡單，在課堂上演示效果非常好。

4結束語

新課程的實施為我們教師創造性地進行教學和研究提供更多的機會，筆者認為要求學生開展以實驗為主的多種探究活動、體驗科學探究的過程時，教師本身更應具備質疑精神、創新精神和實踐能力，有將自己沉到“化學實驗室”的熱情，積極反思實驗過程中的“偶然”現象，努力探究它背后的存在原因，獲得一些“生成性”資源以促進自己的專業發展，而不是人云亦云，有了這樣的態度，新課程實施時實驗的教育功能才能得到真正的“強化”。

參考文獻：

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[4]梅蘭芳等.銅與濃硫酸反應實驗的探析.www.hgjky.com

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