失败的实验，成功的道理

张瑞超 张昕喆 王立娟 张瑶

摘 要：开设校本化学选修课《综合化学实验》有助于拓展学生的化学科技视野。其中《铜元素的循环》一节，可以培养学生的基础实验操作能力、提高学生的科学研究能力、激发学生的学习兴趣、创新意识和实践能力，培养学生的科学态度和科学精神，促进学生

发展。

关键词：校本课程；铜循环；实验能力培养

“这个实验不就是把铜从单质变成化合物，再让铜元素经过一系列化学反应又变成铜单质吗！有什么意义？铜单质不是有现成的，怎么还要这样去制取？计算回收率有什么意义？”这是一次关于《铜元素循环》的无机化学试验，是我校根据新课程标准要求，并结合学校资源和学生情况，为高二年级学生自主开发的化学校本课程——《综合化学实验》的内容之一。旨在提升学生学习化学的兴趣，强化实验操作，并培养学生自主探究的能力。

在本实验中，金属铜单质发生一系列的化学变化生成不同的化合物，最终反应结束时单质铜又被重新制备出来。通过这个实验可以对比反应一开始用到的铜和反应结束后生成的铜。从而判断学生的实验操作能力。

【实验内容】

1.仪器与药品

0.5g铜片、2mol/L硫酸溶液、锌粉、浓硝酸溶液、2mol/L氢氧化钠溶液、6mol/L盐酸、无水乙醇

分析天平、称量瓶、250ml烧杯、10ml量筒、玻璃棒、50ml量筒、铁架台，铁圈、煤气灯、表面皿、蒸汽浴锅、蒸发皿、三脚架

2.实验步骤

（1）由Cu制备Cu（NO3）2

称取0.5 gCu片放入250 mL的烧杯中，在通风橱中加入4ml的浓硝酸。搅拌溶液至Cu反应完全，记录实验现象。向反应完的溶液中加入125 mL蒸馏水。

（2）由Cu（NO3）2制Cu（OH）2

在搅拌下向溶液中加入45ml 2mol/L NaOH，至沉淀完全。

（3）由Cu（OH）2制CuO

加热烧杯中有沉淀的液体，并不断搅拌至溶液微沸。当完全变黑后，停止加热，并继续搅拌几分钟。将溶液静置使生成的CuO充分沉降。用倾析法弃去上层清液，再加入200ml热的去离子水洗涤沉淀。待沉淀沉降后，用倾析法弃去上层清液。

（4）由CuO制CuSO4

在搅拌下加入15mL 6mol/L H2SO4。

（5）由CuSO4制Cu

将反应器放入到通风橱中，一次性加入2.0g锌粉，搅拌，至上层溶液由蓝色变为无色。当溶液中没有气泡出现后，弃去上层清液至指定容器内。如果在底部沉淀中看到了未反应完的银灰色锌粉，加入10mL 6mol/L HCl至微热。至溶液中没有气泡产生，用倾析法弃去上层清液，将生成的Cu转移到蒸发皿上。用5ml去离子水洗涤产物铜粉2次，再用5ml无水乙醇洗。最后将蒸发皿放在蒸汽浴锅上蒸发。蒸干后称重并计算回收率。

看到《铜循环》这个题目，同学们觉得很是无趣，因为平时课堂的实验都是关于性质和制备的，有目的，有成就感；而铜元素循环，这样一个实验，转了一圈又回到了原点，其意义在何处？

铜是非常重要的金属，其化学性质也是化学竞赛和高考的重点，同学们在平时的课程中学习了很多关于铜元素的性质，也知道各种含铜元素的化合物该如何制备和检验，但却没有一个系统的、直观的印象，更不了解在平时实验中很多理所当然的步骤又是怎么形成的。我没有刻意提前强调这个实验的意义，但对实验化学充满热情的学生还是积极认真的动手开始做实验了。

“为什么最后得到的铜粉比最初加入的铜粉质量还大？”

学生都知道，物质合成实验产率越高，实验越成功，所以在其中一个步骤“利用锌粉从溶液中还原出铜单质”的过程中，无论我怎么强调锌加的过快和过多，会影响铜的产率，还是有很多“贪心”的孩子向微蓝色的溶液中加入了比要求更多的锌粉，因为在高中化学学习刚开始，他们就学到“除杂试剂要过量”这句话，他们舍不得辛苦做出来的铜留在溶液中，不懂得“过犹不及”的道理。这个时候，我让作出铜粉质量过大的同学和结果较好的同学相互讨论，看到底是哪里出现了问题。经过对比和热烈的讨论，孩子们发现，由于锌粉加得过快，导致锌粉表面与溶液中的铜反应了以后，生成的铜单质包裹在了其他锌粉团的表面，导致了铜包锌现象的出现，最终固体质量过大；锌粉量的过多加入，后期用盐酸处理量是无法控制的，过量的锌粉没有反应掉，带入了固体中，导致最终结果偏大。这时候，孩子们也终于明白“铜循环实验”的意义。培养大家化学基本操作、建立正确的化学实验理念，学会用回收率等衡量标准判断实验的成功与否。

这是学生第一次进行定量性质综合性实验，在这次实验中，虽然有孩子实验失败了，但他们从失败的经验中获得了成功的方法，摒弃了一些固有的简单化学思想，为他们今后更进一步的化学实验学习，打下了坚实的基础。

参考文献：

祁小云，胡泉源，刘清峰.综合化学实验改革与创新[J].广东化工，2013（19）.