利用銅箔對兩個實驗的探究與改進(jìn)

李勇軍

摘 要：銅片在高中化學(xué)實驗中多次出現(xiàn)，是中學(xué)實驗室必備的用品。在銅和氯化鐵溶液的反應(yīng)中，該教材設(shè)計了“活動與探究”內(nèi)容：“用毛筆蘸取少量30%的氯化鐵溶液，在銅片上畫一個‘+，放置片刻后，用少量水將銅片上的溶液沖到小燒杯中。”該實驗對銅片的要求要大些才行。我在做此實驗時一般會在一大塊銅箔上用毛筆蘸取氯化鐵溶液寫出“勤學(xué)”等勵志的漢字，以起到更加深刻、震撼和多元化的教學(xué)效果。腦中突然閃現(xiàn)：能否也用大塊的銅箔來實現(xiàn)其他一些實驗?zāi)兀坎⒁源碎_展了實驗研究。

關(guān)鍵詞：銅箔;實驗探究;改進(jìn)

一、對銅和濃硫酸實驗的探究與改進(jìn)

關(guān)于銅和濃硫酸實驗的改進(jìn)很多同行進(jìn)行過深入的探究，其中華東師范大學(xué)何自航、丁偉兩位老師的相關(guān)文章[1]對該實驗改進(jìn)的闡述較為全面，但最后的改進(jìn)結(jié)果還是立足于課本原有實驗主裝置，從便于控制、環(huán)保、安全等方面進(jìn)行局部改進(jìn)，改進(jìn)后的裝置似有裝置復(fù)雜、氣密性要求高、現(xiàn)實可操作性不強(qiáng)等問題。

我改用厚0.50mm、同石棉網(wǎng)大小的大銅箔，用三腳架支撐，將一滴濃硫酸滴在銅箔中央，用沾有一小段檢驗試紙（品紅溶液試紙或酸性高錳酸鉀溶液試紙）的表面皿倒扣在酸滴上方，用酒精燈直接在滴有酸滴的銅箔下方加熱，不到一分鐘，可透過表面皿玻璃觀察到酸滴處有大量氣體產(chǎn)生，試紙逐漸褪色（高錳酸鉀試紙褪色很快，品紅試紙褪色明顯要慢很多）。可證明有二氧化硫氣體產(chǎn)生。撤去酒精燈，用鑷子（不能用手直接拿，以防燙傷）拿開倒置的表面皿，可以看到銅箔上的酸滴變?yōu)橐院谏珵橹鞯墓腆w，用滴管向黑斑處滴少量水，片刻后再吸入滴管，可明顯看到吸入滴管中的溶液顯藍(lán)綠色，說明產(chǎn)物中有硫酸銅產(chǎn)生。至于生成的硫酸銅主要為黑色是因為混有大量的氧化銅所致，曾有文獻(xiàn)猜測說該黑色物質(zhì)可能會有硫化銅成分，這是不科學(xué)的，因為用稀鹽酸很快就能全部溶解掉該黑斑，還原出銅箔本來的紅色面目。

針對該實驗表面皿里小段試紙褪色不便于演示觀察的弊端，改用培養(yǎng)皿代替表面皿，改用整張浸透酸性高錳酸鉀溶液的圓形濾紙粘附在培養(yǎng)皿底部以檢驗和吸收二氧化硫，酸滴可增多到兩滴，其余操作不變。也可在不到兩分鐘的加熱時間里看到整張紫紅色的濾紙幾乎褪為無色。如果用整張濾紙浸透品紅溶液重復(fù)此實驗，品紅試紙褪色效果不明顯，可能主要是因為本實驗濃硫酸用量少所限，產(chǎn)生的二氧化硫氣體不多，短時間內(nèi)不能讓大量品紅明顯褪色。在二氧化硫氣體使品紅褪色的“漂白性”表現(xiàn)還有爭議[2]的情況下，本改進(jìn)實驗建議用酸性高錳酸鉀試紙來檢驗二氧化硫氣體為佳。

二、對鈉燃燒實驗的探究與改進(jìn)

和很多同行一樣，按照課本提示（見蘇教版化學(xué)必修1P49“觀察與思考”【實驗2】）每次進(jìn)行鈉燃燒實驗的時候，在給同學(xué)們展示石棉網(wǎng)上鈉燃燒以后的樣品時，大量的黑色物質(zhì)幾乎掩蓋了少量的淡黃色產(chǎn)物，演示效果很不理想。筆者為此翻閱了不少相關(guān)文章，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的改進(jìn)主要集中在載體材料的改進(jìn)上，有用坩堝、蒸發(fā)皿、破試管（硬質(zhì)玻管）、鐵片、燃燒匙的。這些改進(jìn)較采用石棉網(wǎng)均有利于淡黃色產(chǎn)物的觀察，且一般不與鈉發(fā)生反應(yīng)，但仍存在某些缺陷。如坩堝、蒸發(fā)皿的形狀不利于學(xué)生直觀觀察實驗過程;破試管在鈉燃燒時容易炸裂;鐵片容易生銹，不便保存和重復(fù)使用;燃燒匙除不易觀察外，實驗過后還不易清理干凈。能否用銅箔代替石棉網(wǎng)進(jìn)行該實驗?zāi)兀?/p>

我先在實驗室里進(jìn)行了相應(yīng)嘗試：繼續(xù)用0.50mm厚的銅箔代替石棉網(wǎng)進(jìn)行鈉的燃燒實驗：取黃豆粒大小鈉塊，用濾紙吸干鈉表面的煤油，用小刀除去鈉表面的氧化層，擱置在洗凈晾干的銅箔中央，用酒精燈在銅箔下方對著鈉塊處加熱，鈉塊很快熔化成閃亮的小球，逐漸變灰……令人費(fèi)解的是，一直加熱了五分鐘，也不見鈉燃燒起來。十分鐘過去了，銅箔外層加熱區(qū)域已氧化變黑、能明顯感到有熱量輻射，鈉珠依然沒有燃燒的跡象，直到我放棄加熱。這是為什么呢？疑惑中我查閱了大學(xué)教材《無機(jī)化學(xué)》等書籍，得知鈉的燃燒產(chǎn)物與氧氣的濃度和反應(yīng)溫度有關(guān)，在低溫（200℃以下）和氧氣不足的情況下生成氧化鈉，300℃～400℃時才能生成過氧化鈉，另外，查資料可知Na2O2在460℃時熔化并分解產(chǎn)生氧化鈉和氧氣。綜上可得，要保證鈉燃燒的產(chǎn)物是過氧化鈉就必須盡量控制溫度在300℃～460℃之間。酒精燈的火焰溫度一般在五六百攝氏度左右，為什么通過銅箔不能將鈉引燃？難道是因為銅是熱的良導(dǎo)體，銅箔太厚太大，酒精燈火焰的溫度被及時傳導(dǎo)分散，致使局部溫度達(dá)不到鈉的著火點？如果將銅箔厚度變薄，是否可行？

改用厚度為0.11mm的銅箔代替上述厚銅箔，其余操作不變。當(dāng)酒精燈火焰在銅箔下方對著鈉塊加熱時，很快看到鈉塊熔化成小球，緊接著開始燃燒起來，發(fā)出黃色的火焰（擔(dān)心有銅的綠色火焰干擾，卻始終沒有看到），此時及時撤去酒精燈，鈉珠繼續(xù)燃燒直至燃燒完全，所得產(chǎn)物開始表現(xiàn)為棕黑色，隨著溫度的降低，逐漸變成棕色、橙色、淡黃色，形狀如珊瑚礁，過氧化鈉的面目一清二楚，周圍極少的黑色痕跡可能是殘留煤油的不完全燃燒，也可能是銅的氧化物，已不重要。大量的淡黃色過氧化鈉在表面部分氧化的深紅色銅箔上熠熠生輝。

參考文獻(xiàn)：

[1]何自航，丁偉.銅和濃硫酸反應(yīng)實驗的改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2012（3）：49-50.

[2]黃莎莎，丁偉.二氧化硫“漂白性”實驗的探究[J].化學(xué)教學(xué)，2013（1）：51-53.