李文杰

摘要： 针对高一人教版《化学1》教材中浓硫酸与铜反应实验存在的一些不足，在前人工作的基础上对实验装置及实验方法作进一步改进。实现了铜丝插入沸腾的浓硫酸溶液中，5秒便可观察到石蕊试纸变红，10秒可观察到蓝色硫酸铜溶液生成，20秒可观察到品红试纸褪色，实验用时短，现象明显，重现性好。整套实验装置简单，取材制作方便，操作简洁，节约药品，有利环保，易于推广。

关键词： 浓硫酸; 浓硫酸与铜反应; 实验改进

文章编号： 10056629（2019）7006303中图分类号： G633.8文献标识码： B

1 问题的提出

在硫元素的知识体系中比较重要的是含氧酸和氧化物。硫酸是硫元素的最高价氧化物的水化物，是重要的含氧酸。硫酸具有酸的通性，又有自己的特性。浓硫酸的主干知识是强氧化性，它能与绝大多数金属反应，也能与一些非金属反应，反应的特点是浓硫酸的硫元素被还原生成硫的氧化物。

关于高一人教版《化学1》教材第四章第四节实验49“浓硫酸与铜反应实验”[1]，若按教材装置进行实验存在以下不足： （1）教材采用的是98%的硫酸与铜反应，实验中往往不能直接看到蓝色硫酸铜溶液的生成，或者在硫酸铜溶液中有黑色物质生成影响溶液颜色的观察。同时，必须等到反应结束将反应物冷却，才能将反应后的液体倒入另一支盛有水的试管中。实验时间耗时较长，大概5～8分钟，操作又烦琐，导致教学环节松散，影响教学效果。（2）在验证反应生成气体是SO2时，需要将导气管伸入盛有石蕊、品红溶液的试管中，而SO2易溶于水，易发生倒吸，存在安全隐患。（3）实验装置属于半敞开式，每一次实验都会造成SO2气体的泄漏，造成环境污染。综上所述，对教材装置进行实验改进就显得尤为重要了。

2 研究现状

针对以上不足，不少人在不断实践中对本实验进行了改进和创新，比如为了减少产生黑色物质，杨丽君[2]等人通过调整浓硫酸、铜片的用量和加热的时间，达到了较好的效果，但仍未能解决对反应进程的控制;陈文兴等人[3]利用铜丝控制反应的快慢，通过调整硫酸的浓度，不仅不产生黑色物质，还能观察到有蓝色硫酸铜溶液的生成，但对问题（2）、（3）处理得不够理想;对于SO2气体的检验及尾气处理，在品红、石蕊溶液前后增加防倒吸装置，并用氢氧化钠溶液作尾气吸收处

理[4～6];也有直接将品红、石蕊溶液改为品红、石蕊试纸，从根本上解决倒吸的问题，但是有可能造成堵塞且不容易操作，将品红试纸放置在导管中[7，8]，现象不容易观察，将品红、石蕊试纸平放在硬质玻璃管中，在解决问题的同时也带来了一些不便;而最新的两篇文章[9，10]通过巧妙组合、精心设计，克服了很多不足，杨丽娟等人的改进装置，可以随时终止反应，但是抽取铜丝时，不可避免有SO2气体的逸出。两篇文章的改进装置都存在不能直接看到蓝色硫酸铜溶液的生成，仍需将冷却后的反应液倒入盛有水的烧杯中或向冷却后的反应液中注入温水，操作繁琐，用时较长;另外，用到干燥管和Y型管，取材相对不容易，不便推广到条件一般的学校。

3 设计理念

在化学实验教学中，不仅要重视知识的建构，也要重视环境教育。实验是进行科学研究的重要方式，一个实验若操作简单、现象明显、用时少，无疑对40分钟的课堂教学是非常有意义的。强氧化性是浓硫酸的主干知识，教材中采用实验进行建构，用图示进行深化，用化学方程式进行强化，进而让学生更好地理解和掌握浓硫酸的性质。

（1） 实验是为教学服务的，引导学生透过实验现象看本质。结合第二章学过的氧化还原反应，课堂设计的演示实验或者分组实验尽可能让学生在较短时间内，观察铜离子的蓝色溶液、SO2使品红褪色等直观现象。通过描述现象，准确书写化学方程式，便于学生深刻认识和理解铜与浓硫酸的反应。

（2） 既然浓硫酸与铜反应是一个定性实验，同时还有SO2产生，就有必要让实验装置简易化、绿色化，尽可能节约实验药品，缩短实验时间，加深学生对SO2的危害以及防治措施的记忆，巩固SO2的相关知识。

（3） 教材上浓硫酸与铜的反应过程中，浓硫酸既体现强氧化性，又体现吸水性。只是在本实验中，浓硫酸在体现强氧化性和吸水性时，如何通过原理创新，调整实验现象，让学生先得到所要观察的现象（铜离子的蓝色溶液、SO2使品红溶液褪色），体现浓硫酸的强氧化性，等实验结束后5～8分钟，或者下课前几分钟，让学生对比观察反应时溶液的颜色与实验结束5～8分钟后溶液的颜色，引导学生通过对比现象，体现浓硫酸的特性——吸水性。考虑到以上三点，可在实验的反应条件、实验原理和裝置上作进一步的改进。

4 实验改进

4.1 实验仪器及用品

仪器： 铁架台（带铁夹）、酒精灯、具支试管、导管、洗耳球、夹子、胶头滴管、橡皮塞、（用长试管加工的）双通管用品： 80%浓硫酸、碎瓷片、铜丝、石蕊试纸、品红试纸、NaOH溶液、脱脂棉、蒸馏水

4.2 实验改进要点

（1） 将铜丝经胶头滴管穿过橡胶塞插入的具支试管，制成浓硫酸与铜的反应装置。利用《化学1》教材刚刚学过的氨溶于水的喷泉实验中带有玻璃管和滴管的塞子，铜丝穿过胶头滴管，不仅避免了SO2的逸出，也起到了一器多用，培养学生的创新意识。

（2） 将湿润的品红、石蕊试纸，蘸有氢氧化钠溶液的脱脂棉放置在双通管中代替盛有品红、石蕊溶液的试管，制成SO2气体的验证装置与尾气处理装置。其中双通管可以由实验室常用的长试管直接加工： 在酒精喷灯加热下，用螺丝刀在试管底部穿一个小孔，取材、制作方便，尾气吸收也更加充分。

（3） 将98%的浓硫酸稀释为80%，作为反应液。

4.3 实验装置图

4.4 实验过程及实验现象

（1） 在具支试管中加入3mL 80%的硫酸，将湿润的品红、石蕊试纸，蘸有氢氧化钠溶液的脱脂棉放置在双通管中。按图1将仪器安装好，固定在铁架台上。

（2） 加热具支试管中的硫酸至沸腾，用时约1分钟，将铜丝插入沸腾的硫酸溶液中，5秒便可观察到石蕊试纸变红，10秒观察到蓝色硫酸铜溶液生成，移开酒精灯，20秒可观察到品红试纸褪色。抽离铜丝，反应逐渐停止。

（3） 点燃酒精灯，微热品红试纸，试纸逐渐变红，验证SO2气体使品红试纸褪色具有不稳定性。

（4） 打开夹子，用洗耳球将空气经导管慢慢打入具支试管中，使得装置中残留的SO2气体被双通管中蘸有氢氧化钠溶液的脱脂棉充分吸收，提醒学生再次观察品红试纸褪色，加深学生对SO2气体性质的理解。

（5） 教师点评完学生书写的反应的化学方程式后，通过手机或投影投屏，提醒学生观察具支试管内溶液的颜色变化，观察到蓝色明显变浅（若在下课前几分钟让学生观察效果更好）同时试管底部也有白色固体生成，体会浓硫酸的吸水性。

4.5 改进实验的效果和要点

（1） 利用《化学1》教材刚刚学过的喷泉实验中带有玻璃管和滴管的塞子改进的浓硫酸与铜的反应装置，铜丝与产生的SO2气体各行其道，互不干扰，不仅便于抽取铜丝，能更好地控制反应进程，还能避免产生的SO2气体的逸出污染空气，起到一器多用，培养学生创新意识的作用。

（2） 改进的SO2气体的验证装置与尾气处理装置： ①把两个分散的验证性质实验改成连续进行且试剂微量化、可视化实验，使操作更简单且节约药品、减少器材;②有效避免由于SO2易溶于水，造成的试管内液体倒吸，引起试管炸裂等严重后果，有效保障了实验的安全性。

（3） 从反应的发生到结束，整套实验装置有效降低了污染，培养了学生的环保意识。

（4） 将98%的浓硫酸稀释为80%，铜丝插入沸腾的浓硫酸时，便可清晰观察到蓝色的硫酸铜溶液生成，操作简单，用时短，安全性好。

總之，整套实验装置简单，取材、制作方便，操作简洁，有利环保。实验周期短，现象明显，重现性好，易于推广。在强化实验教学效果的同时，能有效降低污染，保障实验的安全性，进而培养学生的创新意识、安全意识和环保意识。让学生感到环境问题就发生在自己身边，从而提高保护环境的社会责任感。

参考文献：

[1]宋心琦主编. 普通高中课程标准实验教科书·化学1[M]. 北京： 人民教育出版社， 2007： 101～101.

[2]杨丽君， 沙丽丽. 铜与浓硫酸反应实验的探究[J]. 玉溪师范学院学报， 2006， （12）： 43～45.

[3]陈文兴， 王敏， 罗宿星. 铜与浓硫酸反应的实验探索[J]. 遵义师范学院学报， 2010， 12（1）： 111～113.

[4]周刚. “铜和浓硫酸反应”演示实验的改进与组合[J]. 中学化学， 2015， （5）： 31～31.

[5]陈海涛. 铜与浓硫酸反应实验方案的新设计[J]. 化学教学， 2015， （10）： 65～68.

[6]何自航， 丁伟. 铜与浓硫酸反应实验的改进[J]. 化学教学， 2012， （3）： 49～50.

[7]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， 2017， 6（4）： 64～65.

[8]魏崇启. 浓硫酸与铜反应实验的创新改进[J]. 化学教学， 2012， （9）： 47～48.

[9]杨丽娟， 齐俊林. 铜与浓硫酸反应实验的新设计二则[J]. 化学教学， 2017， （12）： 58～60.

[10]王丹， 李妍， 王秋. 巧用注射器和Y型管改进铜与浓硫酸反应的实验[J]. 化学教育， 2017， 38（13）： 67～69.