銅與硫反應實驗的新設計

王建芬+齊俊林

摘要：對老版教材中銅與硫的反應實驗進行了改進，用蒸餾瓶、干燥管、玻璃管、安全套、光亮銅絲等材料設計新的實驗裝置。利用新裝置進行實驗，可以消除實驗過程中產生的二氧化硫對教學環境的污染，使學生觀察到清晰的實驗現象，提高了實驗演示效果。

關鍵詞：銅與硫反應；實驗裝置設計；實驗探究

文章編號：1005–6629（2017）11–0056–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題提出

老版高中化學教材[1]為了增強學生的感性認識，加強學生對知識理解和記憶，設置了銅與硫的反應實驗（如圖1所示），其實驗方法是：“給盛著硫粉的大試管加熱。加熱到硫沸騰產生蒸氣時，用坩堝鉗夾住一束擦亮的細銅絲深入管口，觀察發生的現象”。實驗雖然簡單、現象明顯，但實驗中產生的副產物二氧化硫氣體污染教學環境，影響師生健康。隨著社會的不斷發展，空氣污染已經逐漸引起人們的足夠重視，這個有污染的實驗已不適應當今化學課堂教學的要求，所以曾引起化學界熱烈討論，在多種教學刊物上刊登了多篇文章進行了一系列的討論，但歸納起來主要有兩個問題：一是產生的副產物二氧化硫的污染問題；二是實驗時，放入銅絲的火候掌握不佳，造成實驗現象很不明顯。筆者按照一些刊物上的實驗方法進行實驗時，仍然不盡如人意，有的根本沒有解決好副產物二氧化硫的污染問題[2～4]；有的銅絲與硫粉混合后在試管里加熱并不能達到實驗目的[5～7]；有的銅絲容易粘附在試管壁上造成實驗失敗[8]；還有的試管內產生硫蒸氣之前就放入銅絲，銅絲表面在熱的試管內容易氧化或附著一層單質硫，觀察不到應該有的實驗現象[9]。為此，現行高中化學教材[10～12]將銅與硫反應的知識點和實驗內容作了刪減，沒有設計新的實驗方法。作為高中學生應該了解的內容之一，這樣處理不利于學生知識視野的擴展和核心素養的培養。因此，我們對“銅與硫的反應實驗裝置”進行了重新構思和再研究，收到了較好的教學效果?，F介紹如下，與同行們分享。

2 設計理念

銅與硫的反應實驗的成功與否，關鍵應該注意以下兩個方面的問題。其一，要保證實驗的成功，使學生觀察到應有的實驗現象，從而達到實驗的目的；其二，要消除實驗時產生的副產物二氧化硫對教學環境的污染，使實驗綠色化。因此，在改進銅與硫的反應實驗時必須注重以下三個問題。一是要保障酒精燈加熱硫粉的時間和溫度，使硫蒸氣呈深棕色；二是要求細銅絲表面必須潔凈，既沒有氧化物，也沒有硫附著在表面上；三是要用堿類物質將生成的副產物二氧化硫完全吸收掉。

3 設計思路

依據銅與硫的反應實驗的設計思想，力求實驗設計合理、成功率高、沒有污染。用蒸餾瓶作為銅與硫反應的反應器可以增大可見度；酒精燈作為熱源，提供較高的溫度，使硫達到沸點而氣化，產生深棕色的硫蒸氣；用玻璃管套住細銅絲，可以確保銅絲光亮，表面不被氧化或被硫覆蓋，同時還可以防止副產物二氧化硫的外逸，污染教學環境；用干燥管內潤濕的堿石灰吸收副產物二氧化硫氣體，可防止污染空氣。

4 設計原理

銅與硫的反應實驗主要涉及以下幾個反應：

（1）銅與硫在加熱的條件下發生反應生成黑色的硫化亞銅：

5 實驗方案

5.1 實驗材料

蒸餾瓶（100mL）1個；單球干燥管1支；玻璃管（3mm×10cm）1根；2號單孔橡膠塞1個；4號橡膠塞1個；酒精燈1盞；鐵架臺1個；十字夾、鐵夾各2個；鐵圈1個；石棉網1塊；小號安全套1個；粗銅絲（20cm）1根；火柴1盒；剪刀1把；錐子1把；脫脂棉、凡士林、細線若干、蒸餾水

硫粉；導線中的細銅絲；堿石灰

5.2 材料加工及裝置搭建

取1個小號安全套，用剪刀將堵頭剪掉（如圖2所示）。

取1個4號橡膠塞，用錐子在其中央扎1個透孔，然后插入一根粗銅絲，在橡膠塞小頭端粗銅絲的下端纏繞一束光亮的細銅絲（如圖3所示）。

將帶有粗銅絲的橡膠塞塞緊玻璃管上口，橡膠塞粗銅絲的周圍涂上凡士林，以防漏氣。調整細銅絲在玻璃管的中間位置后，在玻璃管下口套上剪好的安全套，用細線將其緊緊扎在玻璃管上（如圖4所示）。

5.3 實驗方法及實驗現象

（1）在蒸餾瓶的支管上，安裝裝有干燥脫脂棉和潤濕的堿石灰的單球干燥管。

（2）用鐵圈、石棉網、十字夾和鐵夾將蒸餾瓶固定在鐵架臺上，在蒸餾瓶內裝入10g左右的硫粉，鐵圈的下方放上酒精燈。

（3）將加工好的玻璃管用十字夾和鐵夾固定在鐵架臺蒸餾瓶的上方后，把玻璃管上的安全套下端套在蒸餾瓶的瓶口上，然后用細線扎緊（如圖5所示）。

（4）松開玻璃管上的鐵夾，使玻璃管繞豎直軸水平旋轉360°角，使安全套擰成麻花狀，將細銅絲密封在玻璃管內，防止加熱硫粉時細銅絲被氧化或覆蓋一層單質硫而影響成功率，然后夾緊鐵夾（如圖6所示）。

（5）用火柴點燃酒精燈，加熱蒸餾瓶內的硫粉，當硫沸騰并產生大量深棕色蒸氣時，迅速打開夾著玻璃管的鐵夾，使玻璃管逆向水平旋轉并恢復到0°角，使安全套擰成的麻花狀全部打開，然后用鐵夾夾緊玻璃管。endprint

（7）待反應結束后，熄滅酒精燈，蒸餾瓶冷卻后用力上提粗銅絲，使細銅絲移至蒸餾瓶支管上方的蒸餾瓶的頸部，可觀察到銅絲的表面生成了一層黑色物質。

（8）待干燥管內潤濕的堿石灰將蒸餾瓶內的二氧化硫吸收徹底后拆除儀器，用硫化鈉溶液、二硫化碳及蒸餾水洗滌干凈，然后將廢液倒在指定的廢液桶里。

6 實驗說明

（1）在做銅與硫反應實驗時，加熱溫度要高，必須保證有充足的硫蒸氣，這是實驗成功的關鍵。

（2）細銅絲最好使用花線里的多股細銅絲，這樣能夠增大反應的接觸面，使反應更完全，效果更佳。

（3）為了保證實驗現象明顯，必須在硫蒸氣由橙黃色變為棕色，最后變為深棕色不透明時，迅速將細銅絲插入其中。

（4）細銅絲插入硫蒸氣前不要加熱，如果先加熱銅絲，會使銅絲表面生成氧化銅或氧化亞銅，從而阻礙銅與硫蒸氣接觸，使實驗失敗。

（5）改進后的實驗裝置，構思新穎，設計巧妙。利用潤濕的堿石灰吸收副產物二氧化硫，很好地解決了污染問題；使用安全套連接儀器可以密封細銅絲，保證細銅絲的光亮度，防止副產物二氧化硫外逸，且使操作簡單化。

（6）改進后的實驗裝置，體現了取材容易、制作簡單、操作方便、現象明顯、無空氣污染等特點，符合環保新理念，增強了學生的環保意識，激發了學生的學習興趣和創新精神。

參考文獻：

[1]人民教育出版社中學化學編輯室編.高級中學課本（試用）·化學（甲種本第一冊）[M].北京：人民教育出版社，1983：52.

[2]蒯世定.銅與硫反應實驗的改進[J].教學儀器與實驗，1998，（12）：8.

[3]楊育民.銅和硫反應裝置的改進[J].實驗教學與儀器，1994，（5）：18.

[4]王寶華.銅與硫實驗的改進[J].化學教育，1993，（5）：41.

[5]婁青燕.銅與硫反應的實驗改進[J].湖北中小學實驗室，2001，（1～2）：48.

[6]朱焱林.巧做銅與硫的反應[J].化學教學，1999，（9）：15.

[7]張濤.三則實驗改進[J].實驗教學與儀器，2008，（3）：16.

[8]葉祥煌，涂金望.演示實驗“銅與硫的反應”實驗裝置改進[J].湖北中小學實驗室，2001，（1～2）：42.

[9]馬書玲.硫和銅反應的防污染裝置[J].化學教學，2010，（9）：11.

[10]人民教育出版社化學室編著.全日制普通高級中學教科書（必修）·化學（第一冊）[M].北京：人民教育出版社，2003.

[11]人民教育出版社課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心.普通高中課程標準實驗教科書·化學1 [M].北京：人民教育出版社，2007.

[12]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1 [M].南京：江蘇教育出版社，2009.endprint