《铜与浓硫酸反应实验的改进》

铜与浓硫酸反应实验的改进

摘要：在现行版实验的基础上，对其他关于铜与浓硫酸反应实验的装置进行分析比较，并且提出和设计了新的铜与浓硫酸反应实验的装置。

关键词：实验装置；改进

1问题的产生

铜与浓硫酸反应的实验是学习浓硫酸重要性质的传统实验。苏教版高中化学教材必修1中，安排的实验操作是：将一小块铜片放入试管中，然后加入2ml 浓硫酸，用如图1所示的实验装置[1]进行实验，观察实验现象。从而让学生总结出浓硫酸具有强氧化性和强酸性的性质，并掌握SO2的强氧化性的性质。

图1

在用这个装置进行实验的过程中，其不足之处主要表现为：（1）SO2极易溶解于水，在停止加热时，会产生倒吸现象，致使反应的试管炸裂，由于反应物为浓硫酸，泄露会对师生产生威胁，具有安全隐患；（2）用铜片和浓硫酸反应，加热时反应较难控制，反应试管中会产生大量白色烟雾，并不利于实验现象的观察；（3）试验装置都是试管，比较难于固定，而且装置过于复杂，不利于操作，真正实验时往往会让人手忙脚乱；（4）在反应结束后，拆卸装置时仍会有部分SO2泄露，不符合绿色化学的要求。

2文献里关于改进后的实验装置

查阅其他关于铜与浓硫酸反应的实验，下列装置从不同的方面改进了原有的实验设计，给实验的改进提供了一些新思路和有益的借鉴。

从实验所用的铜来划分，有铜片和铜丝两种，以下是铜片和浓硫酸的反应：（1）第一种装置用浸有Na2CO3溶液的棉花来吸收多余的SO2，杜绝了倒吸现象的发生，但是控制不好的话，品红溶液还是有倒吸的可能，另外铜片在加热时会上下翻动，还会有黑色的副产物产生，控制不好浓硫酸与铜片的量，就会影响实验现象的观察[2]。（图2）

图2 图3

（2）第二种装置把溶液都换成了浸有该溶液的棉花，现象都会观察到，装置简便，但是与上述装置存在同样的问题，铜片在反应中不好控制，另外，由于所有的棉花团都塞在一只试管中，准备实验比较复杂，在反应结束后棉花通常很不容易拿出[3]。(图3)

（3）第三种装置增加了安全装置，并用NaOH溶液吸收多余的尾气，此装置的优点是可以观察到SO2的氧化性和酸性，但是事实上，一旦停止加热，控制不好，紫色的石蕊试液会先倒吸，而且此装置过于复杂，试管太多难于固定，不利于师生实验操作[4]。（图4）

图4

以下是利用铜丝和浓硫酸反应的装置：

(1)第一种装置在把浓硫酸加热以后，把铜丝下放到溶液中，反应易于控制，而且现象明显，不会产生副产物，尾气部分做了改进，不会发生倒吸现象，但是装置中间部分比较复杂，不符合化学实验中的简易性原则，而且具体操作起来并不方便[5]。（图5）

(2)第二种装置用蓝色石蕊试纸和品红试纸代替了石蕊溶液和品红溶液，将整个实验装置简化了，操作起来比较方便。但是反应时由于所有检验性的试纸都在反应试管中，在观察实验现象时并不明显[6]。(图6)

图5 图6

3笔者改进后的简易实验装置

鉴于以上原因，笔者根据中学化学实验的安全性原则、目的性原则、简易性原则、直观性原则、可靠性原则和科学性原则，对实验进行了改进。

3.1实验用品

浓硫酸、细铜丝、品红试纸、蓝色石蕊试纸、KMnO4溶液、小白布条、5%NaOH 溶液、棉花、双球干燥管、试管、导气管、酒精灯、铁架台、橡皮塞等。

3.2实验装置图

如图7所示，铁架台省略

图7

3.3实验步骤

（1）配置浓度为5%的氢氧化钠溶液，并取适量的棉花蘸取，把蘸有氢氧化钠溶液的棉花塞在干燥管内，细管口也塞上；

（2）玻璃管上分别缠上品红试纸、蓝色石蕊试纸，浸有KMnO4溶液的布条；

（3）试管内加入2ml浓硫酸，按图连接装置；

（4）加热，待浓硫酸快要沸腾时撤离酒精灯，并把铜丝钩迅速放下，令反应的铜丝完全浸没在硫酸里，反应立即开始，可以看到白色烟雾的生成，待安全装置内的蓝色石蕊试纸变红，品红试纸和浸有KMnO4溶液的布条褪色时，将铜丝钩拉升，此时试管中溶液为蓝绿色，几乎没有黑色；

（5）反应完成后，静置5分钟，等多余的SO2被棉花吸收为止。然后取下安全装置的试管，让同学体验SO2的气味，加深印象。

3.4实验优点

（1）实验装置简单容易操作，能够突出实验主题，便于教师教和学生学；

（2）实验现象明显直观，使学生形成较深刻的印象；

（3）此实验装置中，铜丝钩和铜丝是分开的，可反复实验，节省资源；

（4）铜丝钩上下一移动，令反应具有可控制性，避免浪费药品和污染环境；

（5）用品红试纸取代了品红溶液，反应见效快，缩短了反应的时间，而且增加了浸有KMnO4溶液的布条，布条褪色更强调了SO2的强氧化性，便于学生理解掌握SO2的性质；

（6）实验的可控制性令产生的SO2较少，尾气可以被蘸有氢氧化钠溶液的棉花吸收，对环境无污染，符合绿色化学的要求；

（7）反应后的溶液颜色为蓝绿色，加水稀释后为蓝色，几乎没有副产物的生成，效果明显；

3.5注意事项

（1）浓硫酸的量不宜过多，2ml就可以，否则浪费药品；铜丝应事先经过打磨，确保上面的保护层剥落；

（2）在加热浓硫酸时不要把铜丝放下，待浓硫酸开始沸腾时迅速将其放下，并撤离酒精灯；

（3）仔细观察现象，待安全装置中的蓝色石蕊试纸变色，品红试纸和浸有KMnO4溶液的布条褪色时，迅速将铜丝钩拉升，停止反应；

（5）反应完成后，一定要静置几分钟后，再让同学体验SO2的气味，防止中毒。（注：此时SO2的量不会对身体产生危害，让学生亲自体验到SO2的气味，对他们理解何为刺激性气味有益，而且在日常生活中一旦发现此种味道，就可以辨别出是SO2）

参考文献：

[1]王祖浩.普通高中课程标准试验教科书·化学.江苏教育出版社，2007

[2]吴桂英，夏年利.铜与浓硫酸反应系列实验装置的创新设计[J].中国教育技术装备，2003（11）：15~16

[3] 吴桂英，夏年利.铜与浓硫酸反应系列实验装置的创新设计[J].中国教育技术装备，2003（11）：15~16

[4]段昌平，江岚.以浓硫酸与铜共热实验为题材命题中的误解[J].化学教育，2009，30卷2期

[5] 吴桂英，夏年利.铜与浓硫酸反应及SO2性质联合试验装置[J].中国学术期刊电子出版社,2005(5):30~31

[6]周巧菊，李海运.铜与浓硫酸反应的实验改进，北京教科院基教研中心2007