“铜和浓硫酸反应”实验的改进方法

摘 要：高中化学的教学，不仅要传授基础性理论知识，还要培养学生的动手与操作能力.铜和浓硫酸反应涉及很多重要知识点，是高中化学实验教学中的关键内容.要想让学生熟练掌握相关内容，教师应当做好实验教学工作，满足学生的差异化学习需求.据此，本文基于高中化学“铜和浓硫酸反应”的具体实验，分析了实验中存在的问题，并提出了改进策略，以期为教师的教学工作提供参考.

关键词：实验教学；改进策略；铜和浓硫酸；高中化学

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1008-0333（2023）36-0140-03

收稿日期：2023-09-25

作者简介：袁朝英（1979.1-），女，硕士，中学高级教师，从事高中化学教学研究.

“铜与浓硫酸反应”实验是高中化学实验教学中的重要内容，涉及很多知识点和基础理论知识.根据对旧版化学教材中“铜和浓硫酸反应”实验的分析可知，该实验存在着不完善之处，需要优化和改进.为了弥补实验中现存的缺陷，已将铜板转换为铜片，再和浓硫酸反应.但是，此改进实验也不完美，在实验结束之后，即使已经撤掉了酒精灯，仍然无法停止化学反应，造成实验试剂的浪费^[1].需要广大教师继续研究该化学实验的改进方法.

1 化学教材中的“铜和浓硫酸反应”实验

在带有导管的橡胶塞侧面挖凹槽，插入铜线线圈.试管中加入2 mL浓硫酸，用橡胶塞塞住，使浓硫酸与铜线接触.加热后，将产生的气体依次通入品红溶液和石蕊溶液中，观察实验现象.向外拉铜线终止反应，冷却后，将试管中的内容物慢慢倒入另一支加少許水的试管中，观察溶液颜色.

注意事项：

（1）图标说明

①需要佩戴护目镜，保护眼睛；

②实验中会用到明火.要正确使用火源，并束好长发、系紧宽松衣物；

③实验中会遇到加热操作，或用到温度较高的仪器.应选择合适的工具进行操作，避免直接触碰；

④实验中会用到或产生有害气体，或产生烟、雾.应开启排风管道或排风扇；

⑤实验结束后，离开实验室前需用肥皂等清洗双手.

（2）浓硫酸具有很强的腐蚀性，在实验中应注意安全防护

实验目的：认识浓硫酸与铜的反应，进一步了解SO₂性质、掌握浓硫酸性质.

实验原理：

Cu+2H₂SO₄（浓）====CuSO₄+SO₂↑+2H₂O

实验器材：试管、酒精灯、直角玻璃导管、一个小孔的橡皮塞、量筒、烧杯.

图1为传统“铜和浓硫酸反应实验”装置图.

2 “铜和浓硫酸反应”实验的改进设计

实验作用是让学生更容易理解化学现象，学习化学知识，感知化学原理.学生在参与动手体验中能更直观地看到实验现象，了解操作方法和化学原理，形成更深刻的认知体会.针对“铜和浓硫酸反应实验”中的问题进行分析，再提出改进方法.

2.1 高中化学教材中“铜和浓硫酸反应”实验存在的问题

2.1.1 实验器材选择问题

为了让实验人员随时控制实验进程，使用铜丝.实验人员在抽动铜丝控制实验时，因为橡皮塞上有小槽，若铜丝抽动不当，会导致二氧化硫气体外泄，污染空气.铜丝在经过橡皮塞的凹槽进入到试管中时，会接触到试管内壁.具体操作时不方便，可能会破坏实验器材.

2.1.2 二氧化硫处理问题

新版教科书中使用铜丝开展实验，利用铜丝抽动完成实验进程控制.因为橡皮塞有凹槽，很容易发生二氧化硫泄露问题.如果无法及时处理二氧化硫气体流出后问题，不仅会污染空气，还会威胁到教师和学生的身心健康.

2.1.3 防止倒吸与实验进程控制需求难以同时满足

虽然教材中设置了尾气吸收装置，降低二氧化硫对空气产生的污染，但二氧化硫气体的溶解度很大，发生倒吸问题的概率更高.如果先移开酒精灯，会出现倒吸，可能导致反应试管炸裂，浓硫酸泄露，伤害到实验人员，有一定的安全隐患；如果是后移开酒精灯，必须将两支试管中的导管拔出来，又有可能引起二氧化硫气体泄露，与绿色化学的要求不符合.

2.2 高中化学“铜和浓硫酸反应”实验的改进方法

2.2.1 改进要点

第一，减少铜丝与试管内壁触碰的几率，优化实验器材设计；第二，优化尾气处理装置，合理处理实验产生的二氧化硫气体；第三，同时满足防止倒吸与控制实验进程的双重目标.

改进实验需使用的仪器：铁架台、两支大试管（双孔塞）、洗耳球、烧杯、氢氧化钠溶液、浓硫酸、品红溶液、酒精灯、玻璃试管、橡胶管.优化实验装置如图2所示.

2.2.2 实验优化后的优点

第一，设计简单.二氧化硫气体的产生、检测与处理装置都是常规装置，设计过程简便.第二，实验反应速度快.可以通过移动铜丝控制实验反应.第三，实验的气密性更好.橡胶紧密包裹与挤压铜丝，避免气体泄露.第四，在铜丝和玻璃导管之间留了足够的空隙，减少铜丝损坏仪器的内壁.第五，铜丝和浓硫酸在反应过程中产生的黑色沉淀较少，可以让学生清晰地观察到结果.利用氢氧化钠溶液处理尾气，避免出现倒吸情况.第六，在拆除该装置之前，可以采用向橡胶管装置当中吹入空气方式，排除装置中残存的二氧化硫气体，安全处理二氧化硫危害气体，避免对空气产生不良影响，让整个实验过程更加绿色环保^[2].

2.3 优化实验实施中需要注意的事项

（1）浓硫酸的使用量为2 mL左右，避免浪费.铜丝事前打磨好，确保铜丝上的保护层剥落.

（2）在浓硫酸加热过程中，等浓硫酸沸腾时快速放下铜丝，撤离酒精灯.

（3）仔细观察实验现象，等安全装置中的品红溶液褪色之后（品红溶液遇二氧化硫生成无色物质，加热后品红溶液复色），实验人员需要将铜和浓硫酸分离，停止继续发生化学反应.

（4）当实验装置冷却后，利用氢氧化钠溶液吸收实验反应产生的气体，让学生可清晰观察到溶液颜色的变化.

3 实验原理及实验改进总结

由于二氧化硫有毒性，会污染环境，在化学实验中应尽量避免二氧化硫逸出对外部环境产生的不良影响.改进后优化了实验装置的气密性设置和尾气处理装置，有效阻止各种副作用的发生^[3].总而言之，学生通过参与改进后的化学实验，充分发挥主体作用，结合实际观察现象来思考有效的化学操作.在体验中主动思考化学现象与规律，促进学生参与积极性的提升和思维的活跃，也让学生的知识不断内化，进而达成提升能力与落实核心素养.

参考文献：

[1]高霞.高中化学实验教学改进策略：以“铜和浓硫酸”为例[J].教师，2021（15）：59-60.

[2]晁华雯.浅析高中化学实验的改进教学：以“铜和浓硫酸”一课为例[J].教育观察（下半月），2017，6（02）：64-65.

[3]张宗涛.高中化学浓硫酸和铜反应实验改进探究[J].文理导航（中旬），2021（04）：56-57.

[责任编辑：季春阳]