铜置换硫酸中氢实验的设计与研究_兼谈教学与科研相结合的点滴体会

(3) 通过对金属铜置换稀硫酸中氢实验的设计与研究 , ( 上接第 40 页)
华中师范大学 , 东北师范大学 , 陕西师范大学 . 分析化学 . 第 2 版 ,北京 : 高等教育出版社 ,1997 :593 ,607 武汉大学等五校 . 分析化学 . 北京 : 人民教育出版社 ,1995 :562 ,
可行的 ,不仅仪器简单 ,操作方便 、 材料易得 、 现象明显 、 效果 好 ,而且反应速度和气体发生量可控 , 能有效地控制或能尽 最大限度减少可燃气体向空中的飘逸 ,另外伴随因硫脲水解 而产生的少量硫化氢用碱石灰吸收 , 对环境友好 , 提高了实 验的安全性 、 可靠性 。
( 2) 通过对金属铜置换稀硫酸中氢实验的设计与研究 ,
图1
θ c( H ) c φH + / H2 =φ H + / H2 + 0. 0592lg θ 1/ 2 ( 1 ) ( P ( H2 ) / P )
+/Fra bibliotekθ2 实验操作方法
( 1) 用头发丝的一端捆住铜屑 , 另一端捆在硬铁棒的一
稀溶液中 ,在一定的离子强度范围内 , 尽管离子的活度 系数随离子强度的增大而减小 , 但是 , 当离子强度 I 高到一 定数值时 ,由于同性电荷离子间的斥力和在原始水化层中结 合到离子上的水分子使得离子具有相当大的有效体积 ,导致 离子的活度系数经过一最小值后又回升 , 甚至可大于 1 [1 ] 。 为了讨论方便 ,计算过程中没有考虑离子强度对溶液中离子 的活度系数的影响 。
S = C ( N H2 ) 2 结 合 生 成 在 酸 性 溶 液 中 稳 定 的 配 离 子 [ Cu ( S = C ( N H 2 ) 2 ) 4 ] + ,实质上也就是大大地降低了 Cu + + e
∃
Cu 的 Cu + 的浓度 ,使金属铜 Cu 的还原性显著提高 ,
因而导致本实验能够顺利进行 。 我们还能运用计算的方法 ,进一步说明本实验成功的必 然性 。 首先计算正极电对的电极电势 φ H + / H2 。
ing t he unnat ural nat ural . Science Education , 82 , 417 - 437. [ 4 ] (NRC) National Research Council (1996) National Science Educa2 tion Standards ( Washinton , DC : National Academic Press) [5] 中华人民共和国教育部 . 科学课程标准 . 北京 : 北京师范大学出
液下的一定位置 。
(5) 点燃酒精灯 。 ( 6) 用排水法收集产生的气体并验纯 。 (7) 做气体的验证实验 。 (8) 实验完毕 , 首先将硬铁棒往上提 , 使铜屑脱离酸液
φH + / H2 = 0. 053 V
再计算负极电对的电极电势 φ Cu + / Cu 为 :
θ φ Cu + / Cu =φ Cu + / Cu + 0. 0592 lg c (Cu + ) / c θ
其数学处理 . 天津 : 南开大学出版社 , 1989 :450
[2] [3] [4] [5]
武汉大学 . 分析化学 . 第 3 版 , 北京 : 高等教育出版社 , 1995 :
530 ,534
可使教师的教学活动与自身的科研活动有机地结合起来 。 它既达到了 “高校必须要以教学带科研 ,以科研促教学 , 不断 提高教学层次” 的目的 ,又活跃了课堂教学气氛 ,还为当前深 入开展课改 、 教改工作拓宽了思路 , 为今后如何尽量多地开 设研究型课程创造了良好条件 ,同时也为充分调动教师的科 研、 教改积极性提供了有益启示 。
・52 ・
化 学 教 育 2005 年第 11 期
铜置换硫酸中氢实验的设计与研究
— — — 兼谈教学与科研相结合的点滴体会
李大塘1
(1 湖南科技大学化学化工学院
谭平雄2
刘 狄1
湘潭 411201 ; 2 耒阳市第一中学 421800)
设计金属铜置换硫酸中氢的方法 ,这不仅有助于充分认 识和深刻理解外界因素对氧化还原反应的影响规律 ,而且对 如何准确掌握和灵活运用这些规律更好地为生产和生活服 务提供新的实验依据 , 同时也为如何将课堂教学与科学研 究有机地结合起来发挥积极的促进作用 。本文介绍用金属 铜置换稀硫酸中氢的一种简捷 、 有效方法 。
c (S = C(N H2 ) 2 ) = 0. 1 mol/ L 代入 (3) 式计算得 :
10 - 13 mol/ L c (Cu + ) = 3. 984 ×
[ 2 ,3 ,4 ] 再把 c (Cu + ) = 3. 984 × 10 - 13 mol/ L ,φ 代 Cu + / Cu = 0. 52 V
( 2)
面 ,再熄灭酒精灯 。
由于 Cu + 4 S = C ( N H2 ) 2 K稳 = 2 . 51 × 10 因此 , c (Cu + ) =
15 [ 2～5 ]
+
[ Cu ( S = C ( N H2 ) 2 ) 4 ] +
3
气体的检验情况
( 1) 爆鸣性 (2) 可燃性
与适当空气混合后点燃能发出爆鸣 。 经验纯后的气体在空气中能安稳燃烧 , 进
[ Cu ( S = C ( N H 2 ) 2 ) 4 ] + +
1 实验装置
该反应原理可以通过下列理论分析和计算得到满意解 释。
5 实验理论依据
由于溶液中 cH + 较大 ,相应 H + 的氧化性有所增强 :
2 H + + 2e
∃
H2
更 为 重 要 的 是 因 为 亚 铜 离 子 Cu + 易 与 硫 脲
[ 1 ] Pixelx. 时间之链 . Swift 3D V3. 0 初级教程 . 电脑艺术 ,2004 , (1) :1 - 2 [ 2 ] Xzlogo . Flash 3D 伴侣 — Swift 3D. YES KY ,2003 , (11) :5 - 6 [3]
4 难点
( 1) 关于制作实心旋转体 : 在旋转放样编辑器中 ,有一条
害 ,但它是一种易燃易爆气体 ,如若向空中大量排放氢气 ,必 然潜伏着极大的危险性 。因此 ,通过对金属铜置换稀硫酸中 氢实验的设计与研究 , 也是对学生进行安全防范教育 , 以增 强他们的环保意识的有效方法 。 参 考 文 献
[ 1 ] [ 美 ] Butler J N 著 , 陆淑引 , 许晓文 , 王新省等译 . 离子平衡及
( 1) 式中由于 φ H + / H2 = 0. 000V , 现设 c ( H + ) = 8 mol/ L ,
P ( H2 ) = 101. 325 kPa 代入其中计算得 :
θ
端。
(2) 将硬铁棒的另一端自试管塞小面插穿试管塞并固定
在试管塞中 。
( 3 ) 向具支试管中依次加入 6g 硫脲和 4 mol/ L 硫酸 10mL 后充分振动试管 ,再把大试管固定在铁架台上 。 ( 4) 盖好试管塞 ,推拉铁棒调节高度 , 以使铜屑浸入混合
566
顾庆超 ,楼书聪 ,戴庆平等 . 化学用表 . 南京 : 江苏科学技术出版 社 ,1979 :132
参 考 文 献
[1] AAAS ,American Association for t he Advancement of science. Science for all Americans. New York : Oxford Universit y Press ,1990 [ 2 ] Kimball , M. E. (1967 - 68) Understanding t he nat ure of sci2 ence : a comparison of scientist s and science teachers. Journal of Research in Science Teaching , 5 , 110 - 120 [3] Abd - El - Khalick , F. , Bell , R. L . and Lederman , N . G. (1998) The nat ure of science and inst ructional practice : mak2
4 实验反应原理
θ
2005 年第 11 期 化 学 教 育
・53 ・
入 (2) 式计算得 : φ Cu + / Cu = - 0. 214 V 最后计算反应 ( c) 式的电动势 :
E =φ H + / H2 - φ Cu + / Cu
向学生介绍了获取书本知识的科学方法和进行科学研究的 思维方式 ,变枯燥乏味的理论知识为充满生机活力 、 丰富有 趣的实践活动 ,使理论与实际紧密地联系起来了 。不仅激发 了学生的学习热情和求知欲望 , 而且对培养学生的创新意 识、 创新精神和促进学生的灵活运用能力 、 创造性思维能力 的提高都起到了积极作用 。
绿色类似地图上火车道的竖线 ,若取点在线上则场景编辑器 上显示的旋转体为实心 ,反之为空心 。
(3) 关于 Swift 动画导出后的原图处理 : 这里要求务必
梁子 . Swift 3D V2. 0 完全掌握 . 互动联盟 ,2002 , (3) :1 - 2
上述实验的反应原理如下 :
Cu + H + Cu + + 1 H 2 ξ (a) 2 [ Cu ( S = C (N H 2 ) 2 ) 4 ] +
+
Cu + + 4S = C (N H 2 ) 2 ( a) + ( b) :Cu + H