高中化学浓硫酸和铜反应实验改进探究

张宗涛

【摘 要】浓硫酸和铜反应实验是高中化学教材中的一个重要实验。为了提高化学反应速率，突出化学反应现象，便于观察和探究，教材中设计的实验方案和实验方法有可改进之处。本文主要探究了对高中化学浓硫酸和铜反应实验改进的方法和策略，通过简单易行的操作进行实验，做到操作简便，节约药品，利于环保，深化学生对化学原理的认识。

【关键词】高中化学;浓硫酸;铜;实验;改进

实验是帮助学生理解化学知识，体会化学原理，深化认识化学规律的一种有效方法，在化学学习过程中具有举足轻重的作用。学生通过动脑思考，设计实验步骤，主动参与动手操作会把枯燥的学习过程变得妙趣横生。在动手体验中，学生会直观地看到实验现象，了解操作方法，明确其中的化学原理，形成深刻的认识和体会。教师要引导学生不断地对实验步骤和实验过程进行创新，使学生能够进行发散思维，大胆想象，主动实践，通过创新性的方式来提高学生的理解能力，深化认识，实现对知识本质的掌握。

一、教材中实验的不足

教材中的这个实验的实验现象不够明显，并且在实验过程中存在着一定的药品浪费的现象。实验过程种铜丝插在胶塞的凹槽种，气密性不是很好，而且在检验SO2时紫色石蕊试液或品红溶液，气体用量非常大，导致实验时间很长，还容易造成倒吸现象。实验过程中，为了观察硫酸铜溶液的颜色就需要将装置橡胶塞打开，倒出来溶液时会有在实验过程中没有反应的铜片会继续和浓硫酸反应，生成有毒的二氧化硫逸出，这种气体对环境存在着很大的污染不利于环境保护。化学实验的目的就是让学生通过动手操作能够直观地看到实验现象，体會实验的神奇和变化，可是原来的实验并不能让学生很好地看到实验现象，失去了实验的目的和价值，而且实验装置的气密性不足，也会影响实验效果，需要通过改进的方式来帮助学生直观地看到实验现象，帮助学生在观察现象中理解规律，形成对知识的客观性认识。同时教师要引导学生节约用各种化学药剂，做到不浪费，更要从环保的角度来引导学生对实验进行改进，避免环境的污染，提高学生的环保意识。

二、实验改进的方面

（一）改变实验装置

为了避免实验装置气密性不足或者是不容易取出铜片的问题，可以改变实验装置，设计如图所示的实验装置来将适量铜片直接放入到Y型试管的一端而不是普通的试管。这样的实验装置简单且易于操作，在实验过程中进行实验用时较短，而且可以很直观、明确地看到实验现象。实验中把试管变成Y型管，整个实验过程中所需要的试剂明显减少，避免了实验药品的浪费。同时，实验除了常规的尾气吸收外，不需要再打开实验装置，使剩余的SO2不会逸出，可以说不容易造成环境污染，对于环保具有积极价值。

（二）改变实验试纸

为了避免检验SO2时紫色石蕊试液或品红溶液，气体用量较大，实验时间长，造成的倒吸问题，可以改用湿润的蓝色的石蕊试纸和品红试纸检验SO2的生成。在实验过程中，需要用镊子将湿润的蓝色石蕊试纸放入到玻璃管中，在装置的末端塞上蘸有浓氢氧化钠溶液的棉花。通过加热会看到左管会使浓硫酸沸腾，反应过程中会有气泡出现，随后品红试纸就会褪色，蓝色的石蕊试纸也会变红。通过改变实验试纸化学反应现象呈现的更加清晰，学生会明确地看到试纸颜色的变化，在观察中看到实验现象，体会到实验的变化，进而体会到实验的价值和意义，形成对实验的深刻认识和理解。在实验过程中还可以用碱石灰吸收多余的SO2。

（三）改变实验操作

实验结束后要观察生成的硫酸铜溶液颜色时，不用把溶液倾倒出来，直接用注射器向Y型试管右管注入蒸馏水就可以。注入蒸馏水会稀释溶液，但并不会改变溶液，可以观察到实验后溶液的颜色，就是颜色稍微浅一些。当注入蒸馏水之后，只需要微微倾斜Y型管，使左管溶液缓慢流入右管，就可以很直观地观察溶液颜色。学生会看到右管中的溶液是蓝色的。

（四）改变尾气处理

在传统的实验中尾气并没有有效处理。为了避免空气污染，可以通过在实验结束后注入碳酸钠溶液的方式来处理尾气。采用这种方法主要是利用了实验过程中产生的CO2将残留的SO2排出吸收，同时处理了余酸。

三、改进的实验步骤和现象

（一）准备实验装置

在动手操作过程中，学生首先要用Y型试管来代替传统试管，进行实验仪器的安装和准备。当一切准备就绪后，动手操作，装置好如图所示的实验装置图。Y形试管的一端是用于排出气体的，可以用一个气球来搜集气体，避免了环境的污染。在实验过程中，首先去适量的浓硫酸加入到Y形试管中，用量不要太多，最好不要超过试管体积的三分之一。实验中所使用的胶塞是单孔胶塞，将5ml的注射器插入到胶塞中。在注射器的末端需要系上一段细铜丝，并在细铜丝的另一端系上一段螺旋状的粗铜丝，用于化学反应。为了使铜能够接触到浓硫酸就需要推动注射器柱塞，当铜与浓硫酸接触时化学反应就开始了。为了使反应结束，学生只需要轻轻拉出注射器的柱塞就可以了。为了更好地观察实验现象，需要在硬质的玻璃管中分别放上湿润的品红试纸、湿润的石蕊试纸，在烧杯中加入适量饱和NaOH溶液。

（二）加热酒精灯

用酒精灯加热浓硫酸就会看到神奇的实验现象。学生会看到加热浓硫酸会产生大量的白雾，并且在直形玻璃管处有水珠生成。这种白雾实际上是一种酸雾，是化学反应生成了SO2和H2O。这两种物质在试管中也会发生化学反应，生成了H2SO3。也可能是浓硫酸在加热时蒸发了水，浓硫酸的浓度不断变高，产生了SO3。同时，酒精灯加热Y形试管时，品红试纸无色恢复红色，红色石蕊试纸不变色。

（三）观察实验现象

等到实验结束时，要使试管中的浓硫酸与金属铜脱离开来，移去酒精灯，加热硬质玻璃管，这时候就可以清楚地观察试纸颜色的变化。观察中，学生会看到硬质玻璃管中品红试纸由红色变为无色，蓝色石蕊试纸会由蓝色变成红色。这说明SO2具有漂白性，可以使品红溶液褪色;蓝色石蕊试纸变为红色说明SO2是一种酸性气体。通过学生对实验现象的分析会透过这些实验现象看到知识本质，形成对实验的深刻认识，升华对知识的理解。在对试管内的溶液进行观察时，学生会看到加热结束后，试管内液体变为浅绿色，试管底部由灰色粉末状沉淀，铜丝末端有少量黑色固体。通过对其原因进行分析和思考，学生会认识到因为浓硫酸具有吸水性，可以吸收部分生成的水，形成水合硫酸分子。当温度比较高的时候，水合硫酸分子离解，就会产生一定数量的自由水分子，这些自由水分子会使铜离子络合为四水络铜例子。但是当不加热试管时，试管的温度就会下降，硫酸分子吸附水分子的能力会增强，使络合平衡向左移动，溶液颜色变浅，甚至变成无色。

（四）探究沉淀物质

在对实验最后的溶液进行观察时会看到有蓝色溶液生成，并且有少量灰色不溶物。这些固体可能是化学反应的副产物，可能是浓硫酸的氧化性氧化了铜，教师需要引导学生通过化学的方式来验证，鼓励学生通过检验的方式来验证自己的猜测。实践中，学生可以把黑色固体浸没在稀硫酸中，因为数量比较少，也没有办法加快反应速率，所以看不出来黑色固体有明显变化，很难确定物质是什么。通过进一步思考和探究，学生会认识到浓硫酸在与铜反应的过程中，随着温度升高，氧化性也会不断提高。由于氧化能力不同，铜被氧化的产物也不一样，会首先产生氧化物，之后产生硫化物，达到沸点时氧化能力最强，会形成CuSO4。之前产生的中间物质黑色沉淀在这个过程中也会被氧化为白色CuSO4。学生在思考中会更好地理解SO2的氧化性质，升华学生对知识的认识。

四、总结实验原理

因为SO2有一定的毒性，对环境造成了污染，在实验过程中就要避免污染环境的现状出现。教师要通过有效的实验操作来净化空气。实验过程中采用Y型试管的方式来操作实验，实验用的药剂明显减少，而且在用试纸检验生成的SO2过程中所需要的气体也很少，减少了对环境的污染。而且实验中采用蘸有浓氢氧化钠的棉球作为吸收剂，有利于充分吸收多余的SO2，消除SO2对环境的不利影响。在实验过程中，SO2的水溶液能够使蓝色石蕊试纸变成红色，说明了SO2具有一定的酸性;而且能够使湿润的品红试纸褪色，说明了SO2具有漂白性;而且在实验最后可以用氢氧化钠吸收尾气，说明了SO2具有氧化性。通过学生的深入分析和探究，学生会透过表面看到现象，形成对知识的深刻认识，在分析中把握知识本质。实验中，SO2容易溶于水，学生在观察到试纸变色后可以注入水，保证装置内气体不被提前溶解。同时，为了避免实验过程中的倒吸现象，可以采用湿润的试纸进行实验，会有效避免倒吸现象。实验最后溶液中可能会存在一定的浓硫酸，在注入蒸馏水时，会防止液体飞溅，并且利用无色溶液稀释后变蓝可以证明有硫酸铜物质生成。在对实验原理的分析中，学生会更好地体会浓硫酸的强氧化性，理解浓硫酸的氧化性表现在硫元素价态的变化上，巩固SO2的性质及检验方法。在学生的体验中，学生主动思考和探究，发挥了学生的创造性和创新型，有利于学生探究能力的提高，对于学生的全面发展具有积极作用。

总之，通过学生对浓硫酸和铜反应实验改进，学生在探究中发挥了主体作用，积极思考和探究，根据化学反应原理和化学变化来思考有效的化学操作，在体验中看到了实验现象。学生在体验过程中主动地思考知识，探究规律，充分地发挥了主观能动性，活跃了学生的思维，帮助在思考中内化知识，提高能力，进而落实核心素养。

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