失敗的實驗，成功的道理

張瑞超 張昕喆 王立娟 張瑤

摘 要：開設(shè)校本化學(xué)選修課《綜合化學(xué)實驗》有助于拓展學(xué)生的化學(xué)科技視野。其中《銅元素的循環(huán)》一節(jié)，可以培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)實驗操作能力、提高學(xué)生的科學(xué)研究能力、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新意識和實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，促進(jìn)學(xué)生

發(fā)展。

關(guān)鍵詞：校本課程；銅循環(huán)；實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)

“這個實驗不就是把銅從單質(zhì)變成化合物，再讓銅元素經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)又變成銅單質(zhì)嗎！有什么意義？銅單質(zhì)不是有現(xiàn)成的，怎么還要這樣去制取？計算回收率有什么意義？”這是一次關(guān)于《銅元素循環(huán)》的無機(jī)化學(xué)試驗，是我校根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)要求，并結(jié)合學(xué)校資源和學(xué)生情況，為高二年級學(xué)生自主開發(fā)的化學(xué)校本課程——《綜合化學(xué)實驗》的內(nèi)容之一。旨在提升學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，強(qiáng)化實驗操作，并培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力。

在本實驗中，金屬銅單質(zhì)發(fā)生一系列的化學(xué)變化生成不同的化合物，最終反應(yīng)結(jié)束時單質(zhì)銅又被重新制備出來。通過這個實驗可以對比反應(yīng)一開始用到的銅和反應(yīng)結(jié)束后生成的銅。從而判斷學(xué)生的實驗操作能力。

【實驗內(nèi)容】

1.儀器與藥品

0.5g銅片、2mol/L硫酸溶液、鋅粉、濃硝酸溶液、2mol/L氫氧化鈉溶液、6mol/L鹽酸、無水乙醇

分析天平、稱量瓶、250ml燒杯、10ml量筒、玻璃棒、50ml量筒、鐵架臺，鐵圈、煤氣燈、表面皿、蒸汽浴鍋、蒸發(fā)皿、三腳架

2.實驗步驟

（1）由Cu制備Cu（NO3）2

稱取0.5 gCu片放入250 mL的燒杯中，在通風(fēng)櫥中加入4ml的濃硝酸。攪拌溶液至Cu反應(yīng)完全，記錄實驗現(xiàn)象。向反應(yīng)完的溶液中加入125 mL蒸餾水。

（2）由Cu（NO3）2制Cu（OH）2

在攪拌下向溶液中加入45ml 2mol/L NaOH，至沉淀完全。

（3）由Cu（OH）2制CuO

加熱燒杯中有沉淀的液體，并不斷攪拌至溶液微沸。當(dāng)完全變黑后，停止加熱，并繼續(xù)攪拌幾分鐘。將溶液靜置使生成的CuO充分沉降。用傾析法棄去上層清液，再加入200ml熱的去離子水洗滌沉淀。待沉淀沉降后，用傾析法棄去上層清液。

（4）由CuO制CuSO4

在攪拌下加入15mL 6mol/L H2SO4。

（5）由CuSO4制Cu

將反應(yīng)器放入到通風(fēng)櫥中，一次性加入2.0g鋅粉，攪拌，至上層溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o色。當(dāng)溶液中沒有氣泡出現(xiàn)后，棄去上層清液至指定容器內(nèi)。如果在底部沉淀中看到了未反應(yīng)完的銀灰色鋅粉，加入10mL 6mol/L HCl至微熱。至溶液中沒有氣泡產(chǎn)生，用傾析法棄去上層清液，將生成的Cu轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)皿上。用5ml去離子水洗滌產(chǎn)物銅粉2次，再用5ml無水乙醇洗。最后將蒸發(fā)皿放在蒸汽浴鍋上蒸發(fā)。蒸干后稱重并計算回收率。

看到《銅循環(huán)》這個題目，同學(xué)們覺得很是無趣，因為平時課堂的實驗都是關(guān)于性質(zhì)和制備的，有目的，有成就感；而銅元素循環(huán)，這樣一個實驗，轉(zhuǎn)了一圈又回到了原點，其意義在何處？

銅是非常重要的金屬，其化學(xué)性質(zhì)也是化學(xué)競賽和高考的重點，同學(xué)們在平時的課程中學(xué)習(xí)了很多關(guān)于銅元素的性質(zhì)，也知道各種含銅元素的化合物該如何制備和檢驗，但卻沒有一個系統(tǒng)的、直觀的印象，更不了解在平時實驗中很多理所當(dāng)然的步驟又是怎么形成的。我沒有刻意提前強(qiáng)調(diào)這個實驗的意義，但對實驗化學(xué)充滿熱情的學(xué)生還是積極認(rèn)真的動手開始做實驗了。

“為什么最后得到的銅粉比最初加入的銅粉質(zhì)量還大？”

學(xué)生都知道，物質(zhì)合成實驗產(chǎn)率越高，實驗越成功，所以在其中一個步驟“利用鋅粉從溶液中還原出銅單質(zhì)”的過程中，無論我怎么強(qiáng)調(diào)鋅加的過快和過多，會影響銅的產(chǎn)率，還是有很多“貪心”的孩子向微藍(lán)色的溶液中加入了比要求更多的鋅粉，因為在高中化學(xué)學(xué)習(xí)剛開始，他們就學(xué)到“除雜試劑要過量”這句話，他們舍不得辛苦做出來的銅留在溶液中，不懂得“過猶不及”的道理。這個時候，我讓作出銅粉質(zhì)量過大的同學(xué)和結(jié)果較好的同學(xué)相互討論，看到底是哪里出現(xiàn)了問題。經(jīng)過對比和熱烈的討論，孩子們發(fā)現(xiàn)，由于鋅粉加得過快，導(dǎo)致鋅粉表面與溶液中的銅反應(yīng)了以后，生成的銅單質(zhì)包裹在了其他鋅粉團(tuán)的表面，導(dǎo)致了銅包鋅現(xiàn)象的出現(xiàn)，最終固體質(zhì)量過大；鋅粉量的過多加入，后期用鹽酸處理量是無法控制的，過量的鋅粉沒有反應(yīng)掉，帶入了固體中，導(dǎo)致最終結(jié)果偏大。這時候，孩子們也終于明白“銅循環(huán)實驗”的意義。培養(yǎng)大家化學(xué)基本操作、建立正確的化學(xué)實驗理念，學(xué)會用回收率等衡量標(biāo)準(zhǔn)判斷實驗的成功與否。

這是學(xué)生第一次進(jìn)行定量性質(zhì)綜合性實驗，在這次實驗中，雖然有孩子實驗失敗了，但他們從失敗的經(jīng)驗中獲得了成功的方法，摒棄了一些固有的簡單化學(xué)思想，為他們今后更進(jìn)一步的化學(xué)實驗學(xué)習(xí)，打下了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

祁小云，胡泉源，劉清峰.綜合化學(xué)實驗改革與創(chuàng)新[J].廣東化工，2013（19）.