濃硫酸與銅反應及二氧化硫性質綜合實驗裝置的設計

黃云霞

摘要：針對教材中“濃硫酸與銅反應”以及“二氧化硫性質實驗”的不足，將分散的幾個小實驗整合在一套實驗裝置中進行，并體現反應的可控性、安全性和綠色化思想，實驗現象明顯，操作簡便，令人耳目一新。

關鍵詞：濃硫酸;二氧化硫;實驗設計

文章編號：1008-0546（2021）07-0096-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.025

一、問題的提出

“濃硫酸與銅反應”以及“二氧化硫的性質”是“硫及其化合物”的重要內容，也是高中化學教學的重點內容之一，該部分內容實驗較多。人教版2007年第三版的《化學1》（必修）教材中將濃硫酸與銅的反應設計為：在一個帶導管的膠塞側面挖一個凹槽，并嵌人下端卷成螺旋狀的銅絲。在試管里加入2mL濃硫酸，蓋好膠塞，使銅絲與濃硫酸接觸，加熱。把放出的氣體通人品紅溶液或紫色石蕊試液中。觀察現象。向上拉銅絲，終止反應，冷卻后，把試管里的液體慢慢倒人盛有少量水的另一支試管里，觀察溶液的顏色[1]。實驗裝置如圖所示：

在實驗操作過程中，發現該實驗設計存在如下問題：①膠塞上凹槽的大小難以把握，若凹槽過大，產生的氣體會逸出，且銅絲難以被固定;若凹槽過小，則拉動銅絲很困難，且容易損壞導管。②缺少尾氣處理裝置，因品紅溶液的褪色時間較長，實驗過程中有大量的SO2逸出，危害師生的身體健康。③實驗過程中存在因倒吸現象引起的安全隱患。

關于二氧化硫的性質實驗，教學中一般安排“二氧化硫易溶于水且水溶液顯酸性”“品紅溶液被二氧化硫漂白”等實驗，同版的人教版教材是這樣設計這些實驗的：把蓋有膠塞、盛有二氧化硫氣體的試管倒立在水中，在水下面打開膠塞，觀察試管內液面的上升。待液面高度不再變化時，在水下用膠塞塞緊試管口，取出試管，用pH試紙測定溶液的酸堿度。在試管內保留1/3體積的溶液，滴入1～2滴品紅溶液，振蕩，觀察溶液顏色變化。加熱試管，再觀察[2]。

這個實驗設計存在的主要問題是：①試管內液面上升不高，產生的原因可能是因為試管中收集的SO2不足，或者試管漏氣，也或者由于操作不當所致。②若試管內溶液較少，或品紅溶液顏色稍微深一點，便不能觀察到品紅溶液完全褪色。

在內容的編排上，教材中將“二氧化硫”的內容安排在“濃硫酸”之前，這就意味著在教學“二氧化硫”的性質時要另制取二氧化硫，雖然不一定是用濃硫酸與銅反應的方法制取。我們在實際教學中，將這兩部分內容重新整合，將濃硫酸與銅反應產生的SO2用于SO2的性質實驗。

無論新舊化學課標，學習“二氧化硫的性質”時，學生均需掌握二氧化硫易溶于水、有毒、屬于酸性氧化物、具有漂白性和還原性等內容。基于此，我們將“濃硫酸與銅反應的實驗”和“二氧化硫的性質實驗”整合在一套裝置中進行。

二、綜合實驗的設計

1.實驗用品

實驗藥品：濃硫酸、銅絲、品紅試紙、藍色石蕊試紙、酸性高錳酸鉀溶液、氫氧化鈉溶液

實驗儀器：酒精燈、鐵架臺（鐵夾）、具支試管、具支U型管、膠塞、彎曲導管、乳膠管、止水夾、洗耳球、干燥管、燒杯、小刀、鑷子

2.實驗裝置（圖2）

3.實驗操作

實驗準備：

①銅絲的準備：取一段銅芯線，去掉外面的橡膠皮，將一端彎成螺旋狀，洗凈。

②具支試管的膠塞上插入導管和銅絲的準備：在一個大小合適的膠塞上，用打孔器打一個孔，以便插人導管。再用錐子（教務處裝訂試卷用）在膠塞上鉆一個孔，必要時可將錐子加熱，反復鉆孔。在銅絲的一端涂上一些凡士林，將銅絲插入膠塞，以銅絲較易拉動為宜。凡士林的作用是既潤滑又密封。可在膠塞上的大小孔都打好后，分別插入導管和銅絲。

③具支U型管膠塞上嵌人試紙的準備：在兩個大小合適的膠塞中間，用小刀切開一個約0.5cm深的口子，將品紅試紙和藍色石蕊試紙分別嵌入其中，并將它們濕潤。

④向具支試管中加入3mL濃硫酸，并在U型管中加入適量酸性高錳酸鉀溶液，按圖連接好實驗裝置，并檢查氣密性[3]。

實驗步驟：

①用酒精燈加熱具支試管，至濃硫酸剛沸騰時，將銅絲的螺旋狀部分插入濃硫酸中，繼續加熱。

②待品紅試紙、酸性KMn04溶液接近褪色時，向上拉起銅絲，熄滅酒精燈。此時，觀察到藍色石蕊試紙已經變紅，具支試管中溶液呈藍綠色。

③打開乳膠管的止水夾，用洗耳球向裝置內鼓入空氣，將滯留在裝置中的SO2盡可能全部吹到NaOH溶液中，使其被NaOH溶液吸收。

④將嵌有品紅試紙的膠塞稍稍拔起，用鑷子取出已褪色的品紅試紙（膠塞最好重新塞上），在酒精燈上烘熱，觀察到品紅試紙重新變紅。

4.實驗設計的優點

該實驗裝置中，濃硫酸與銅的反應可控性強，避免了實驗試劑的浪費。實驗過程中的尾氣和裝置中滯留的S02得到處理，避免了SO2污染環境，并防止了倒吸現象的發生，體現了實驗的安全性和綠色化學的思想。實驗的拓展性強，可在NaOH溶液中滴入幾滴酚酞，根據溶液顏色褪色，證明SO2與NaOH溶液發生了反應，以便引導學生進一步研究SO2與NaOH溶液反應的產物。雖然該裝置將多個單一實驗整合在一起，但實驗裝置并不復雜，且實驗現象明顯，尤其是在復習課中使用，可以令學生耳目一新。有利于培養學生多角度觀察實驗現象和基于實驗現象進行證據推理的能力，進而有利于培養學生的創新意識和化學學科核心素養。

參考文獻：

[1][2]化學課程教材研究發展中心.普通高中教科書（化學必修第一冊）[M].北京：人民教育出版社，2019，90-101

[3l王瑋.濃硫酸與銅反應及二氧化硫性質實驗的探究[J].中學化學教學參考，2017（2）：63