銅與濃硫酸反應實驗的新設計二則

楊麗娟+齊俊林

摘要：針對化學教材中“銅與濃硫酸的反應實驗”存在不可控和污染等問題，做了實驗探究。用具支試管或干燥管作反應器；螺旋狀的粗銅絲作反應物實現對反應過程的控制；干燥管作檢驗和吸收裝置；利用鼓氣球輔助消除反應尾氣污染并縮短了實驗耗時。

關鍵詞：銅與濃硫酸反應；實驗設計；鼓氣球；實驗探究

文章編號：1005–6629（2017）12–0058–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題提出

銅與濃硫酸反應實驗是現行高中化學教材中的重要演示實驗之一。原人教版[1]的實驗方法是：“在一支試管里加入一小塊銅片，然后再加入3mL濃硫酸，用裝有玻璃導管的單孔橡膠塞塞好，加熱。放出的氣體分別通入紫色石蕊試液或品紅溶液中”。蘇教版教材[2]的實驗方法是：“將一小塊銅片放入試管中，然后加入2mL濃硫酸，觀察實驗現象，并用氫氧化鈉溶液吸收尾氣”。兩種版本的實驗方法雖略有不同，但都試圖通過實驗證明銅與濃硫酸能夠發生反應，生成硫酸銅和二氧化硫氣體，從而證明濃硫酸具有強氧化性。從實驗裝置和實驗方法來看，蘇教版比原人教版更合理一些，原因是置有尾氣吸收裝置。但它們都存在三個弱點，一是使用的都是銅片且和濃硫酸一起加熱，難以控制反應的發生和結束，造成藥品浪費；二是試管冷卻時，易發生倒吸現象；三是傾倒反應器內的液體時，會造成殘留的二氧化硫氣體外逸，污染教學環境。新人教版教材[3]的實驗方法是用銅絲代替銅片，且不會發生倒吸。盡管解決了反應的控制問題和倒吸問題，但仍然沒有解決二氧化硫的污染問題。針對上述實驗方法存在的不足，我們利用具支試管、干燥管以及鼓氣球等進行創新設計，巧妙組合，圓滿解決教材中的實驗問題，收到較好的教學效果。

2 研究文獻

近年來，有關銅與濃硫酸反應實驗方法改進的研究論文在各種教學期刊上已經發表數十篇，歸納起來，主要研究和解決了以下三個問題：其一，反應的可控問題[4～10]。改銅片為銅絲，通過銅絲的上下推拉或旋轉控制反應的進行；其二，檢驗二氧化硫氣體的方法[11～15]。利用蘸有紫色石蕊試液、品紅試液脫脂棉團或石蕊、品紅試紙代替溶液；其三，改變二氧化硫氣體吸收方法[16]。使用氫氧化鈉溶液或蘸有氫氧化鈉溶液的脫脂棉吸收反應過程中外逸的二氧化硫氣體，防止污染空氣。盡管研究銅與濃硫酸反應的文章很多，但真正研究二氧化硫污染問題的并不多，基本上被忽視，已不適應當今社會對化學實驗的綠色、環保的要求。因此，解決該實驗的污染問題才是改進實驗的關鍵，突破實驗污染的瓶頸應是當務之急。

3 設計理念

通過對銅與濃硫酸反應實驗的創新設計，重點解決以下四個問題：一是解決實驗的可控問題；二是解決實驗過程中的倒吸問題；三是解決檢驗二氧化硫的方法問題；四是解決二氧化硫的污染問題。通過潛心研究、精心設計、巧妙組合，使實驗充分體現簡單合理、綠色環保、便于操作、現象明顯等諸多特點，從而達到理想的實驗效果。

4 實驗原理

（1）銅與濃硫酸反應生成硫酸銅、二氧化硫和水：

Cu+2H2SO4△=CuSO4+SO2↑+2H2O；

（2）二氧化硫能夠使紅色的品紅試液褪色；

（3）氫氧化鈉與二氧化硫反應生成亞硫酸鈉和水：

2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O。

5 設計方案

5.1 方案一

利用具支試管作反應器；干燥管內盛放用品紅試液潤濕的脫脂棉團檢驗二氧化硫氣體、用氫氧化鈉溶液潤濕的脫脂棉團吸收剩余的二氧化硫氣體；利用鼓氣球將反應器內殘留的二氧化硫氣體鼓出被脫脂棉團內的氫氧化鈉吸收。

5.2 方案二

利用一支干燥管作為反應器；另一支干燥管作為吸收裝置，內放用品紅試液潤濕的脫脂棉團檢驗二氧化硫氣體、用氫氧化鈉溶液潤濕的脫脂棉團吸收剩余的二氧化硫氣體。

6 實驗方法

6.1 實驗一

6.1.1 實驗用品

具支試管1支（2cm×20cm）；單球干燥管1支；鼓氣球1個；燒杯1只（100mL）；直角玻璃管1根；酒精燈1盞；火柴1盒；彈簧夾1個；單孔2號、3號橡膠塞各1個；鐵架臺、鐵夾、十字夾各1個；鐵鉗1把；膠管、脫脂棉若干

濃硫酸（98%）；粗銅絲（20cm）1根；30%氫氧化鈉溶液；品紅溶液；蒸餾水；凡士林

6.1.2 材料加工

取1根粗銅絲，用鐵鉗在一端彎成螺旋狀，其直徑小于具支試管的內徑；將粗銅絲的另一端從單孔3號橡膠塞的中央穿過，在橡膠塞的上下方分別涂上凡士林；將彎成直角的玻璃管的一端從單孔3號橡膠塞的大頭端穿過，在上方的玻璃管一端裝上鼓氣球（如圖1所示）。

6.1.3 實驗方法及實驗現象

（1）將儀器、藥品按圖組裝好，然后固定在鐵架臺上（如圖2所示，鐵架臺、鐵夾、十字夾已略去）。

（5）待具支試管內的二氧化硫氣體排盡時，取下具支試管上的橡膠塞及干燥管，將具支試管內的液體倒入盛有少量蒸餾水的燒杯內，可觀察到溶液變為藍色。

6.2 實驗二

6.2.1 實驗用品

干燥管2支；酒精燈1盞；小燒杯1只（100mL）；單孔2號橡膠塞1個；鼓氣球1個；鐵鉗1把；膠頭1個；鐵架臺、十字夾、鐵夾各1個；脫脂棉若干

濃硫酸（98%）；30%氫氧化鈉溶液；品紅試液；粗銅絲（20cm）；蒸餾水

6.2.2 材料加工endprint

取1支干燥管，用酒精燈加熱細管部位彎成一個直角。取一根粗銅絲，在其下端用鐵鉗彎成一個螺旋狀。

6.2.3 實驗方法及現象

將儀器、藥品按圖組裝好后固定在鐵架臺上（如圖3所示，鐵架臺、十字夾、鐵夾已略去）。

加熱一段時間后，撤去酒精燈，停止加熱，上提粗銅絲，使螺旋狀部分離開液面，反應立即停止。

取下上方的干燥管，將反應器內的液體緩慢倒入盛有少量蒸餾水的小燒杯內，燒杯內的液體變藍。

7 結束語

二則改進實驗分別利用具支試管或干燥管作為反應器；螺旋狀的粗銅絲作為反應物對實驗過程進行控制；干燥管作為檢驗和吸收裝置，管內前面放置蘸有品紅試液的棉團用于檢驗二氧化硫、后面放置蘸有氫氧化鈉溶液的棉團用于吸收二氧化硫從而消除污染；利用鼓氣球將反應器內殘留的二氧化硫氣體迅速排出吸收，縮短實驗耗時，很好地解決了實驗過程中的可控性和污染等問題。

二則改進實驗均具有取材容易、制作簡單、操作方便、現象明顯、綠色環保等優點，既可作課堂演示，又可作學生分組實驗，教學效果十分理想。

參考文獻：

[1]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，2003：131.

[2]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，2009：92.

[3]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，2007：101～102.

[4]羅宿星，勾華，伍遠輝.銅與濃硫酸反應實驗裝置的改進[J].遵義師范學院學報，2011，（2）：115～116.

[5]魏崇啟.濃硫酸與銅反應實驗的創新改進[J].化學教學，2012，（9）：47～49.

[6]楊麗君，莎麗麗.銅與濃硫酸反應實驗的探究[J].玉溪師范學院學報，2006，（12）：43～45.

[7]尚廣斗，高萬松，王艷華.銅與濃硫酸反應演示實驗的綠色化創新設計[J].中小學實驗與裝備，2013，（1）：25.

[8][11][16]陳迪妹，朱俊燕，王艷妮，金珍蓓.銅與濃硫酸反應實驗的綠色化設計[J].中學教學參考，2012，（29）：100.

[9][12]馬林紅.銅與濃硫酸反應的實驗改進[J].中學教學參考，2012，（8）：98.

[10]閆小敏.銅與濃硫酸反應實驗的改進[J].教學儀器與實驗，1997，（1）：6.

[13]吳桂英，夏年利.銅與濃硫酸反應系列實驗裝置的創新設計[J].中國教育技術裝備，2003，（11）：15～16.

[14]許衛鵬，衷明華.銅與濃硫酸反應實驗的微型化改造[J].中學教學參考，2013，（32）：92.

[15]趙麗亞.銅和濃硫酸反應的再探究[J].高中數理化，2014，（12）：63.endprint