“銅和濃硫酸反應”實驗的改進方法

摘 要：高中化學的教學，不僅要傳授基礎性理論知識，還要培養學生的動手與操作能力.銅和濃硫酸反應涉及很多重要知識點，是高中化學實驗教學中的關鍵內容.要想讓學生熟練掌握相關內容，教師應當做好實驗教學工作，滿足學生的差異化學習需求.據此，本文基于高中化學“銅和濃硫酸反應”的具體實驗，分析了實驗中存在的問題，并提出了改進策略，以期為教師的教學工作提供參考.

關鍵詞：實驗教學；改進策略；銅和濃硫酸；高中化學

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）36-0140-03

收稿日期：2023-09-25

作者簡介：袁朝英（1979.1-），女，碩士，中學高級教師，從事高中化學教學研究.

“銅與濃硫酸反應”實驗是高中化學實驗教學中的重要內容，涉及很多知識點和基礎理論知識.根據對舊版化學教材中“銅和濃硫酸反應”實驗的分析可知，該實驗存在著不完善之處，需要優化和改進.為了彌補實驗中現存的缺陷，已將銅板轉換為銅片，再和濃硫酸反應.但是，此改進實驗也不完美，在實驗結束之后，即使已經撤掉了酒精燈，仍然無法停止化學反應，造成實驗試劑的浪費^[1].需要廣大教師繼續研究該化學實驗的改進方法.

1 化學教材中的“銅和濃硫酸反應”實驗

在帶有導管的橡膠塞側面挖凹槽，插入銅線線圈.試管中加入2 mL濃硫酸，用橡膠塞塞住，使濃硫酸與銅線接觸.加熱后，將產生的氣體依次通入品紅溶液和石蕊溶液中，觀察實驗現象.向外拉銅線終止反應，冷卻后，將試管中的內容物慢慢倒入另一支加少許水的試管中，觀察溶液顏色.

注意事項：

（1）圖標說明

①需要佩戴護目鏡，保護眼睛；

②實驗中會用到明火.要正確使用火源，并束好長發、系緊寬松衣物；

③實驗中會遇到加熱操作，或用到溫度較高的儀器.應選擇合適的工具進行操作，避免直接觸碰；

④實驗中會用到或產生有害氣體，或產生煙、霧.應開啟排風管道或排風扇；

⑤實驗結束后，離開實驗室前需用肥皂等清洗雙手.

（2）濃硫酸具有很強的腐蝕性，在實驗中應注意安全防護

實驗目的：認識濃硫酸與銅的反應，進一步了解SO₂性質、掌握濃硫酸性質.

實驗原理：

Cu+2H₂SO₄（濃）====CuSO₄+SO₂↑+2H₂O

實驗器材：試管、酒精燈、直角玻璃導管、一個小孔的橡皮塞、量筒、燒杯.

圖1為傳統“銅和濃硫酸反應實驗”裝置圖.

2 “銅和濃硫酸反應”實驗的改進設計

實驗作用是讓學生更容易理解化學現象，學習化學知識，感知化學原理.學生在參與動手體驗中能更直觀地看到實驗現象，了解操作方法和化學原理，形成更深刻的認知體會.針對“銅和濃硫酸反應實驗”中的問題進行分析，再提出改進方法.

2.1 高中化學教材中“銅和濃硫酸反應”實驗存在的問題

2.1.1 實驗器材選擇問題

為了讓實驗人員隨時控制實驗進程，使用銅絲.實驗人員在抽動銅絲控制實驗時，因為橡皮塞上有小槽，若銅絲抽動不當，會導致二氧化硫氣體外泄，污染空氣.銅絲在經過橡皮塞的凹槽進入到試管中時，會接觸到試管內壁.具體操作時不方便，可能會破壞實驗器材.

2.1.2 二氧化硫處理問題

新版教科書中使用銅絲開展實驗，利用銅絲抽動完成實驗進程控制.因為橡皮塞有凹槽，很容易發生二氧化硫泄露問題.如果無法及時處理二氧化硫氣體流出后問題，不僅會污染空氣，還會威脅到教師和學生的身心健康.

2.1.3 防止倒吸與實驗進程控制需求難以同時滿足

雖然教材中設置了尾氣吸收裝置，降低二氧化硫對空氣產生的污染，但二氧化硫氣體的溶解度很大，發生倒吸問題的概率更高.如果先移開酒精燈，會出現倒吸，可能導致反應試管炸裂，濃硫酸泄露，傷害到實驗人員，有一定的安全隱患；如果是后移開酒精燈，必須將兩支試管中的導管拔出來，又有可能引起二氧化硫氣體泄露，與綠色化學的要求不符合.

2.2 高中化學“銅和濃硫酸反應”實驗的改進方法

2.2.1 改進要點

第一，減少銅絲與試管內壁觸碰的幾率，優化實驗器材設計；第二，優化尾氣處理裝置，合理處理實驗產生的二氧化硫氣體；第三，同時滿足防止倒吸與控制實驗進程的雙重目標.

改進實驗需使用的儀器：鐵架臺、兩支大試管（雙孔塞）、洗耳球、燒杯、氫氧化鈉溶液、濃硫酸、品紅溶液、酒精燈、玻璃試管、橡膠管.優化實驗裝置如圖2所示.

2.2.2 實驗優化后的優點

第一，設計簡單.二氧化硫氣體的產生、檢測與處理裝置都是常規裝置，設計過程簡便.第二，實驗反應速度快.可以通過移動銅絲控制實驗反應.第三，實驗的氣密性更好.橡膠緊密包裹與擠壓銅絲，避免氣體泄露.第四，在銅絲和玻璃導管之間留了足夠的空隙，減少銅絲損壞儀器的內壁.第五，銅絲和濃硫酸在反應過程中產生的黑色沉淀較少，可以讓學生清晰地觀察到結果.利用氫氧化鈉溶液處理尾氣，避免出現倒吸情況.第六，在拆除該裝置之前，可以采用向橡膠管裝置當中吹入空氣方式，排除裝置中殘存的二氧化硫氣體，安全處理二氧化硫危害氣體，避免對空氣產生不良影響，讓整個實驗過程更加綠色環保^[2].

2.3 優化實驗實施中需要注意的事項

（1）濃硫酸的使用量為2 mL左右，避免浪費.銅絲事前打磨好，確保銅絲上的保護層剝落.

（2）在濃硫酸加熱過程中，等濃硫酸沸騰時快速放下銅絲，撤離酒精燈.

（3）仔細觀察實驗現象，等安全裝置中的品紅溶液褪色之后（品紅溶液遇二氧化硫生成無色物質，加熱后品紅溶液復色），實驗人員需要將銅和濃硫酸分離，停止繼續發生化學反應.

（4）當實驗裝置冷卻后，利用氫氧化鈉溶液吸收實驗反應產生的氣體，讓學生可清晰觀察到溶液顏色的變化.

3 實驗原理及實驗改進總結

由于二氧化硫有毒性，會污染環境，在化學實驗中應盡量避免二氧化硫逸出對外部環境產生的不良影響.改進后優化了實驗裝置的氣密性設置和尾氣處理裝置，有效阻止各種副作用的發生^[3].總而言之，學生通過參與改進后的化學實驗，充分發揮主體作用，結合實際觀察現象來思考有效的化學操作.在體驗中主動思考化學現象與規律，促進學生參與積極性的提升和思維的活躍，也讓學生的知識不斷內化，進而達成提升能力與落實核心素養.

參考文獻：

[1]高霞.高中化學實驗教學改進策略：以“銅和濃硫酸”為例[J].教師，2021（15）：59-60.

[2]晁華雯.淺析高中化學實驗的改進教學：以“銅和濃硫酸”一課為例[J].教育觀察（下半月），2017，6（02）：64-65.

[3]張宗濤.高中化學濃硫酸和銅反應實驗改進探究[J].文理導航（中旬），2021（04）：56-57.

[責任編輯：季春陽]