铜与浓硫酸反应实验装置的改进

罗宿星，勾华，伍远辉

（遵义师范学院化学系，贵州遵义563002）

化学实验在整个中学教学中占有很重要的地位[1]。几乎每节课都需要借助实验来帮助学生加深对知识的理解，化学实验教学能帮助学生提高学习兴趣，也能提高课堂的质量[2-3]。但现在的课本中有些实验的设计有不足之处，如实验现象不明显，产生有毒气体，或者产生的气体会污染环境等，这样的实验就需要去改进[4]。

1 现行教材中铜与浓硫酸反应实验装置的不足

现行中学化学教材（化学Ⅰ）铜与浓硫酸反应教师演示实验和学生实验在实验装置设计上存在以下不足之处：在反应过程中不易控制反应的进行；产生的有毒气体二氧化硫可能因吸收不完全而泄漏到空气中，既有害师生身体健康，又会污染环境，且实验现象不太明显。

对于铜与浓硫酸反应装置的不足之处，目前的改进主要集中在通过抽动铜丝来控制反应的进行，用碱溶液[5]、塑料袋等吸收多余的有毒气体二氧化硫等方面，但都存在不能反复使用、不易控制等缺点。

2 本文对铜与浓硫酸反应实验装置的改进

本文对铜与浓硫酸反应的实验装置作了改进，其装置见图1。

（1）实验目的

让学生观察到有蓝色的硫酸铜溶液生成；观察到有二氧化硫气体生成。

（2）实验原理

（3）实验用品

细铜丝一小撮、镍铬丝一根、具支试管两支、铁架台、酒精灯，98%的浓硫酸溶液、品红溶液、20%的NaOH溶液。

（4）实验步骤

按照实验装置图将装置安装好，检查装置的气密性；取98%的浓硫酸5ml稀释为质量分数为70%的硫酸，加到1号具支试管中，用带有镍铬丝和玻璃导管的橡皮塞塞好（细铜丝不能与浓硫酸接触）；在2号具支试管中加入5ml品红溶液，用带有玻璃导管的橡皮塞塞紧（插入品红溶液的导管要深入到液面以下）；在小烧杯中加入20%的NaOH溶液20ml，用来吸收多余的有毒气体二氧化硫。

用酒精灯在1号具支试管下加热，待硫酸沸腾后抽动镍铬丝，使细铜丝与硫酸接触并反应，产生的二氧化硫气体通过玻璃导管与品红溶液反应。待品红溶液褪色后，抽动镍铬丝，使铜丝与硫酸分开，反应停止。然后拆开2号具支试管口的橡皮塞（防止倒吸），最后拆去酒精灯，停止加热，反应结束。

（5）结论

1）用20%的氢氧化钠吸收多余的二氧化硫，使实验在密闭的环境下进行，防止有毒气体泄露，既有利于师生健康，又有利于环境的保护；

2）在反应过程中可通过抽动镍铬丝来控制反应的进行，操作方便。因为镍铬丝的硬度比铜丝的大，有利于操作，且不与70%硫酸反应；

3）实验现象明显。首先，用铜丝来代替铜片，增大了铜与浓硫酸的接触面积，使反应速率加快；其次，将98%的浓硫酸稀释为70%的硫酸，能让学生容易观察到蓝色的硫酸铜溶液生成。教材中采用的是98%的硫酸与铜片反应，实验中往往看不到蓝色的硫酸铜溶液，或者在硫酸铜溶液中有黑色物质生成，或者产物为墨绿色的浊液。究其原因是：98%的浓硫酸的吸水性比70%的强，且98%的浓硫酸沸点高达338℃，而硫酸铜晶体在258℃时就全部失水，加热的过程中，水分被蒸发掉，硫酸铜在非水体系中不显蓝色，因此看不到蓝色的硫酸铜溶液生成，只看到黑色固体。有人认为该黑色物质为铜与浓硫酸共热时反应生成的硫化铜和硫化亚铜的混合物[6]。也有人认为，铜与浓硫酸反应时有多种副反应发生[7]，如：

随着温度的升高，浓硫酸氧化性增强，继续发生如下的副反应：

在二氧化硫逸出的同时，铜片上的硫化铜和硫化亚铜黑色沉淀掉落，与淡黄色固体硫和少量蓝色硫酸铜水合物混合，形成墨绿色的浊液。第三，用品红溶液来代替试纸，使学生更容易观察到反应的变化，产生的气体二氧化硫能使品红溶液褪色，说明其具有漂白性。

[1] 人民教育出版社.全日制普通高级中学教科书（必修）化学[M].北京:民教育出版社,2003.

[2] 赵受高.浅议新课程下实验教学的重要性[J].读与写(教育教学刊),2007,(6):64.

[3] 娄广信.浓稀HNO3氧化性强弱辨析[J].消费导刊,2007,(4):77-89.

[4] 叶瑞心.论化学实验在中学教学中的地位和作用[J].科技资讯,2007,(7):45-46.

[5] 董晓辉.铜与浓硫酸反应的实验改进[J].现代中小学教育,1999,(9):44.

[6] 蒋郴立.铜与浓硫酸反应演示实验的改进[J].实验教学与仪器(综合版),2005,22(4):27-28.

[7] 杨丽君,沙丽丽.铜与浓硫酸反应实验的探究[J].玉溪师范学院学报,2005,22(12):43-45.