銅與濃硫酸反應實驗裝置的改進

羅宿星，勾華，伍遠輝

（遵義師范學院化學系，貴州遵義563002）

化學實驗在整個中學教學中占有很重要的地位[1]。幾乎每節課都需要借助實驗來幫助學生加深對知識的理解，化學實驗教學能幫助學生提高學習興趣，也能提高課堂的質量[2-3]。但現在的課本中有些實驗的設計有不足之處，如實驗現象不明顯，產生有毒氣體，或者產生的氣體會污染環境等，這樣的實驗就需要去改進[4]。

1 現行教材中銅與濃硫酸反應實驗裝置的不足

現行中學化學教材（化學Ⅰ）銅與濃硫酸反應教師演示實驗和學生實驗在實驗裝置設計上存在以下不足之處：在反應過程中不易控制反應的進行；產生的有毒氣體二氧化硫可能因吸收不完全而泄漏到空氣中，既有害師生身體健康，又會污染環境，且實驗現象不太明顯。

對于銅與濃硫酸反應裝置的不足之處，目前的改進主要集中在通過抽動銅絲來控制反應的進行，用堿溶液[5]、塑料袋等吸收多余的有毒氣體二氧化硫等方面，但都存在不能反復使用、不易控制等缺點。

2 本文對銅與濃硫酸反應實驗裝置的改進

本文對銅與濃硫酸反應的實驗裝置作了改進，其裝置見圖1。

（1）實驗目的

讓學生觀察到有藍色的硫酸銅溶液生成；觀察到有二氧化硫氣體生成。

（2）實驗原理

（3）實驗用品

細銅絲一小撮、鎳鉻絲一根、具支試管兩支、鐵架臺、酒精燈，98%的濃硫酸溶液、品紅溶液、20%的NaOH溶液。

（4）實驗步驟

按照實驗裝置圖將裝置安裝好，檢查裝置的氣密性；取98%的濃硫酸5ml稀釋為質量分數為70%的硫酸，加到1號具支試管中，用帶有鎳鉻絲和玻璃導管的橡皮塞塞好（細銅絲不能與濃硫酸接觸）；在2號具支試管中加入5ml品紅溶液，用帶有玻璃導管的橡皮塞塞緊（插入品紅溶液的導管要深入到液面以下）；在小燒杯中加入20%的NaOH溶液20ml，用來吸收多余的有毒氣體二氧化硫。

用酒精燈在1號具支試管下加熱，待硫酸沸騰后抽動鎳鉻絲，使細銅絲與硫酸接觸并反應，產生的二氧化硫氣體通過玻璃導管與品紅溶液反應。待品紅溶液褪色后，抽動鎳鉻絲，使銅絲與硫酸分開，反應停止。然后拆開2號具支試管口的橡皮塞（防止倒吸），最后拆去酒精燈，停止加熱，反應結束。

（5）結論

1）用20%的氫氧化鈉吸收多余的二氧化硫，使實驗在密閉的環境下進行，防止有毒氣體泄露，既有利于師生健康，又有利于環境的保護；

2）在反應過程中可通過抽動鎳鉻絲來控制反應的進行，操作方便。因為鎳鉻絲的硬度比銅絲的大，有利于操作，且不與70%硫酸反應；

3）實驗現象明顯。首先，用銅絲來代替銅片，增大了銅與濃硫酸的接觸面積，使反應速率加快；其次，將98%的濃硫酸稀釋為70%的硫酸，能讓學生容易觀察到藍色的硫酸銅溶液生成。教材中采用的是98%的硫酸與銅片反應，實驗中往往看不到藍色的硫酸銅溶液，或者在硫酸銅溶液中有黑色物質生成，或者產物為墨綠色的濁液。究其原因是：98%的濃硫酸的吸水性比70%的強，且98%的濃硫酸沸點高達338℃，而硫酸銅晶體在258℃時就全部失水，加熱的過程中，水分被蒸發掉，硫酸銅在非水體系中不顯藍色，因此看不到藍色的硫酸銅溶液生成，只看到黑色固體。有人認為該黑色物質為銅與濃硫酸共熱時反應生成的硫化銅和硫化亞銅的混合物[6]。也有人認為，銅與濃硫酸反應時有多種副反應發生[7]，如：

隨著溫度的升高，濃硫酸氧化性增強，繼續發生如下的副反應：

在二氧化硫逸出的同時，銅片上的硫化銅和硫化亞銅黑色沉淀掉落，與淡黃色固體硫和少量藍色硫酸銅水合物混合，形成墨綠色的濁液。第三，用品紅溶液來代替試紙，使學生更容易觀察到反應的變化，產生的氣體二氧化硫能使品紅溶液褪色，說明其具有漂白性。

[1] 人民教育出版社.全日制普通高級中學教科書（必修）化學[M].北京:民教育出版社,2003.

[2] 趙受高.淺議新課程下實驗教學的重要性[J].讀與寫(教育教學刊),2007,(6):64.

[3] 婁廣信.濃稀HNO3氧化性強弱辨析[J].消費導刊,2007,(4):77-89.

[4] 葉瑞心.論化學實驗在中學教學中的地位和作用[J].科技資訊,2007,(7):45-46.

[5] 董曉輝.銅與濃硫酸反應的實驗改進[J].現代中小學教育,1999,(9):44.

[6] 蔣郴立.銅與濃硫酸反應演示實驗的改進[J].實驗教學與儀器(綜合版),2005,22(4):27-28.

[7] 楊麗君,沙麗麗.銅與濃硫酸反應實驗的探究[J].玉溪師范學院學報,2005,22(12):43-45.