铜与浓硫酸反应实验的创新设计-谭文生

化学教学2012年第8期·48·铜与浓硫酸反应的实验是中学化学教学的一个重要演示实验.为成功地做好该实验，有许多化学教师同仁对实验进行了有益的探索和改进[1]~[4]，所介绍的实验方案中最大的亮点是设计了能够随意调控铜与浓硫酸的接触的方法，从而达到控制反应进程的目的。但从使用的情况来看，仍有美中不足，如存在装置复杂、准备繁琐、操作不便、实验现象不够明显等问题。为了达到绿色环保、现象明显、操作简便、能重复操作和有效调控反应进行等目的，笔者设计了新的如下实验装置。1 实验用品广口瓶、玻璃导气管、T形管、止水夹、橡皮塞、酒精灯、双球干燥管、铜丝、浓硫酸、NaOH溶液、品红溶液、蒸馏水。2 实验装置实验装置如图1所示。双球干燥管通过T形管与广口瓶相连接；广口瓶（内装NaOH溶液）在实验时起到吸收尾气和充当装置底座的作用。T形管的上端连接一段带玻璃珠的乳胶管，通过操作玻璃珠的开关，可利用外界大气压来平衡实验装置内部的气压，防止倒吸。铜丝的一端从干燥管的出气管口伸入球泡B内，再设法把伸入端弯拆成一定角度使之能插入浓硫酸中。露在管外的铜丝和带有止水夹的乳胶管相连，包裹在乳胶管内的铜丝，借助铜丝与乳胶管内壁之间的摩擦力，可使铜丝固定在一定位置而不随意转动。图1 铜与浓硫酸反应的实验装置3 实验操作（1）按图1所示搭建好装置，检验装置的气密性。（2）广口瓶内加入适量NaOH溶液，在双球干燥管的球泡A内加入适量品红溶液，球泡B内加入适量浓硫酸。（3）关闭止水夹，先用酒精灯加热干燥管球泡B内的浓硫酸（在加热浓硫酸时铜丝转向上，不和浓硫酸接触），当浓硫酸加热到接近沸腾（此时可以看到试管中有大量气泡并产生白雾）时，用手指捏住乳胶管内的铜丝使之转动至铜丝向下与浓硫酸接触，反应立即发生，并产生大量气泡。（4）当观察到品红溶液开始褪色时，转动铜丝向上与浓硫酸分离，同时撤掉酒精灯。在此过程中，如发现广口瓶内的NaOH溶液发生倒吸（沿导管缓慢上升）时，可立即挤捏玻璃珠让空气进入广口瓶中，防止溶液倒吸。（5）当观察到干燥管球泡A内的品红溶液接近完全褪色，打开止水夹，用洗耳球从乳胶管口向装置内吹入空气，以排尽干燥管中的SO2尾气让广口瓶中的NaOH溶液吸收。（6）用酒精灯加热干燥管球泡A内褪色的品红溶液，溶液又恢复为红色，证明反应中产生的气体是SO2。（7）取出铜丝，浸入稀硫酸中，铜丝表面的黑色固体溶解，溶液变为蓝色，即Cu丝与浓硫酸共热时被氧化为CuO；取下双球干燥管，倒出管中的溶液，用滴管吸蒸馏水注入球泡B内附着的白色固体上，溶液变为蓝色，证明白色固体是无水硫酸铜。由此可推断出铜与浓硫酸反应方程式为：Cu+H2SO4（浓）=CuO+SO2↑+H2O（加热）CuO+H2SO4=CuSO4+H2O4 实验优点4.1具有简约性本实验中的广口瓶和干燥管均起到了一器二用（广铜与浓硫酸反应实验的创新设计谭文生(攀枝花市第三高级中学，四川攀枝花617000)摘要：针对铜与浓硫酸反应实验的各种改进和设计的不足，重新设计了新的实验装置，达到环保、现象明显、操作简便和有效调控的目的。关键词：铜与浓硫酸反应；实验设计文章编号：1005–6629(2012)8–0048–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B·创新设计·实验研究·创新设计·乳胶管玻璃珠铜丝止水夹乳胶管浓硫酸品红溶液T形管广口瓶NaOH溶液双球干燥管AB化学教学2012年第8期·49··创新设计·1 问题的提出人教版普通高中课程标准实验教科书化学必修2第三章第三节实验3-3：在一支试管中加入3~5mL乙醇，取一根10~15cm长的铜丝，下端绕成螺旋状，在酒精灯上灼烧至红热，插入乙醇中，反复几次。注意观察反应现象，小心闻试管中液体产生的气味。该实验的目的，主要是说明产物中有刺激性气味的乙醛，从而说明乙醇被氧化。笔者和一些一线教师在实际教学中发现，此实验存在如下问题：（1）教材中的实验是在一个开放体系完成，不符合绿色化学实验理念，且不适合做学生分组实验；（2）目标产物乙醛的检验方法缺乏信度；（3）未对产物水作检测。很多老师针对这些问题设计新的改进方法，取得了很好的效果[1~6]。但我们在重复实验的过程中发现不少实验耗时较长，不适合于课堂演示。带着这些思考，我们利用弯头试管装入乙醇代替吸有乙醇的粉笔或棉花，对教材实验进行了多次探究。探究发现，决定此实验成功的关键是产物的量和产物能否顺利进入检测体系，为此我们设计利用洗耳球鼓入空气的方法来解决这一关键问题，鼓入空气既可以增加产物的量，又可以将产物顺利带入检测体系，取得良好的实验效果，同时改进后不需粉笔或棉花。2 改进后的实验2.1实验用品无水乙醇、铜丝（绕成螺旋状）、蓝色硅胶、希夫试剂、40%乙醛、乙酸、蒸馏水；弯头试管、酒精灯、小试管、铁架台、橡胶塞、玻璃导管、乳胶管、注射器、打火机、量筒、镊子、试管架、洗耳球。2.2实验准备（1）针头套管的准备：用打孔器在橡胶塞上打孔，一个钻通，连上玻璃导管方便导出产物；一个不钻通，套上玻璃导管，另一侧安上注射器针头，方便鼓入空气。（2）希夫试剂的准备：希夫试剂（Schiff）又称品红乙醇催化氧化实验的改进樊会武1，朱旋农1，姚志红2(1.湖北省鄂南高级中学；2.湖北省咸宁市教育科学研究院，湖北咸宁437100)摘要：采用洗耳球鼓入空气的方法成功地解决了产物的量和产物能否顺利进入检测体系的问题，自制了一种方便的鼓气装置，可将教材中的乙醇催化氧化的演示实验改为学生分组实验。实验现象明显，操作简单、安全性强，能取得良好的实验效果。关键词：乙醇的催化氧化；实验改进文章编号： 1005–6629(2012)8–0049–02 中图分类号： G633.8 文献标识码： B·创新设计·实验研究口瓶内装碱液用于吸收有害气体，同时广口瓶又充当了整个装置的底座；双球干燥管的球泡分别用于铜与浓硫酸反应和验证SO2使品红褪色的容器）的作用，实验所需仪器少，仪器组装简单，减轻了准备实验的负担。4.2具有可控制性通过铜丝的灵活转动，可根据需要随时停止反应，避免药品浪费；通过乳胶管内的玻璃珠的开关，可平衡实验装置内部气压，从而能有效防止倒吸，让实验的安全性有了保障。4.3具有环保性仪器的连接可保证装置的气密性完好，产生的SO2尾气能被广口瓶中的氢氧化钠溶液完全吸收，拆卸装置或换班实验时不会产生污染。4.4具有直观性用双球干燥管作反应器，由于架设位置高，便于学生集中注意力清楚地观察管中的反应现象。参考文献：[1]普通高中课程标准实验教科书化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2010：101.[2]王春.铜与浓硫酸反应的实验探究改进[J].化学教育，2009，（10）：58~59.[3]杨基松.几个创新设计和改进实验介绍[J].化学教学，2007，（5）：10~12.[4]何自航，丁伟.铜与浓硫酸反应实验的改进[J].化学教学，2012，（3）：49~50.