銅與濃硫酸反應實驗的創新設計

摘要：針對銅與濃硫酸反應實驗的各種改進和設計的不足，重新設計了新的實驗裝置，達到環保、現象明顯、操作簡便和有效調控的目的。

關鍵詞：銅與濃硫酸反應；實驗設計

文章編號：1005-6629(2012)8-0048-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

銅與濃硫酸反應的實驗是中學化學教學的一個重要演示實驗。為成功地做好該實驗，有許多化學教師同仁對實驗進行了有益的探索和改進，所介紹的實驗方案中最大的亮點是設計了能夠隨意調控銅與濃硫酸的接觸的方法，從而達到控制反應進程的目的。但從使用的情況來看，仍有美中不足，如存在裝置復雜、準備繁瑣、操作不便、實驗現象不夠明顯等問題。為了達到綠色環保、現象明顯、操作簡便、能重復操作和有效調控反應進行等目的，筆者設計了新的如下實驗裝置。

1 實驗用品

廣口瓶、玻璃導氣管、T形管、止水夾、橡皮塞、酒精燈、雙球干燥管、銅絲、濃硫酸、NaOH溶液、品紅溶液、蒸餾水。

2 實驗裝置

實驗裝置如圖l所示。

雙球干燥管通過T形管與廣口瓶相連接；廣口瓶(內裝NaOH溶液)在實驗時起到吸收尾氣和充當裝置底座的作用。T形管的上端連接一段帶玻璃珠的乳膠管，通過操作玻璃珠的開關，可利用外界大氣壓來平衡實驗裝置內部的氣壓，防止倒吸。銅絲的一端從干燥管的出氣管口伸入球泡B內，再設法把伸入端彎拆成一定角度使之能插入濃硫酸中。露在管外的銅絲和帶有止水夾的乳膠管相連，包裹在乳膠管內的銅絲，借助銅絲與乳膠管內壁之間的摩擦力，可使銅絲固定在一定位置而不隨意轉動。

3 實驗操作

(1)按圖1所示搭建好裝置，檢驗裝置的氣密性。

(2)廣口瓶內加入適量NaOH溶液，在雙球干燥管的球泡A內加入適量品紅溶液，球泡B內加入適量濃硫酸。

(3)關閉止水夾，先用酒精燈加熱干燥管球泡B內的濃硫酸(在加熱濃硫酸時銅絲轉向上，不和濃硫酸接觸)，當濃硫酸加熱到接近沸騰(此時可以看到試管中有大量氣泡并產生白霧)時，用手指捏住乳膠管內的銅絲使之轉動至銅絲向下與濃硫酸接觸，反應立即發生，并產生大量氣泡。

(4)當觀察到品紅溶液開始褪色時，轉動銅絲向上與濃硫酸分離，同時撤掉酒精燈。在此過程中，如發現廣口瓶內的NaOH溶液發生倒吸(沿導管緩慢上升)時，可立即擠捏玻璃珠讓空氣進入廣口瓶中，防止溶液倒吸。

(5)當觀察到干燥管球泡A內的品紅溶液接近完全褪色，打開止水夾，用洗耳球從乳膠管口向裝置內吹入空氣，以排盡干燥管中的SO₂尾氣讓廣口瓶中的NaOH溶液吸收。

(6)用酒精燈加熱干燥管球泡A內褪色的品紅溶液，溶液又恢復為紅色，證明反應中產生的氣體是SO₂。

(7)取出銅絲，浸入稀硫酸中，銅絲表面的黑色固體溶解，溶液變為藍色，即Cu絲與濃硫酸共熱時被氧化為CuO；取下雙球干燥管，倒出管中的溶液，用滴管吸蒸餾水注入球泡B內附著的白色固體上，溶液變為藍色，證明白色固體是無水硫酸銅。由此可推斷出銅與濃硫酸反應方程式為：

Cu+H2SO₄(濃)=CuO+SO₂↑+H₂O(加熱)

CuO+HzSO₄=CuSO₄+H₂O

4 實驗優點

4.1 具有簡約性

本實驗中的廣口瓶和干燥管均起到了一器二用(廣口瓶內裝堿液用于吸收有害氣體，同時廣口瓶又充當了整個裝置的底座；雙球干燥管的球泡分別用于銅與濃硫酸反應和驗證SO₂使品紅褪色的容器)的作用，實驗所需儀器少，儀器組裝簡單，減輕了準備實驗的負擔。

4.2 具有可控制性

通過銅絲的靈活轉動，可根據需要隨時停止反應，避免藥品浪費；通過乳膠管內的玻璃珠的開關，可平衡實驗裝置內部氣壓，從而能有效防止倒吸，讓實驗的安全性有了保障。

4.3 具有環保性

儀器的連接可保證裝置的氣密性完好，產生的SO₂，尾氣能被廣口瓶中的氫氧化鈉溶液完全吸收，拆卸裝置或換班實驗時不會產生污染。

4.4 具有直觀性

用雙球干燥管作反應器，由于架設位置高，便于學生集中注意力清楚地觀察管中的反應現象。

參考文獻：

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