《铜与浓硫酸反应实验的改进》.docVIP

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