利用铜箔对两个实验的探究与改进

李勇军

摘 要：铜片在高中化学实验中多次出现，是中学实验室必备的用品。在铜和氯化铁溶液的反应中，该教材设计了“活动与探究”内容：“用毛笔蘸取少量30%的氯化铁溶液，在铜片上画一个‘+，放置片刻后，用少量水将铜片上的溶液冲到小烧杯中。”该实验对铜片的要求要大些才行。我在做此实验时一般会在一大块铜箔上用毛笔蘸取氯化铁溶液写出“勤学”等励志的汉字，以起到更加深刻、震撼和多元化的教学效果。脑中突然闪现：能否也用大块的铜箔来实现其他一些实验呢？并以此开展了实验研究。

关键词：铜箔;实验探究;改进

一、对铜和浓硫酸实验的探究与改进

关于铜和浓硫酸实验的改进很多同行进行过深入的探究，其中华东师范大学何自航、丁伟两位老师的相关文章[1]对该实验改进的阐述较为全面，但最后的改进结果还是立足于课本原有实验主装置，从便于控制、环保、安全等方面进行局部改进，改进后的装置似有装置复杂、气密性要求高、现实可操作性不强等问题。

我改用厚0.50mm、同石棉网大小的大铜箔，用三脚架支撑，将一滴浓硫酸滴在铜箔中央，用沾有一小段检验试纸（品红溶液试纸或酸性高锰酸钾溶液试纸）的表面皿倒扣在酸滴上方，用酒精灯直接在滴有酸滴的铜箔下方加热，不到一分钟，可透过表面皿玻璃观察到酸滴处有大量气体产生，试纸逐渐褪色（高锰酸钾试纸褪色很快，品红试纸褪色明显要慢很多）。可证明有二氧化硫气体产生。撤去酒精灯，用镊子（不能用手直接拿，以防烫伤）拿开倒置的表面皿，可以看到铜箔上的酸滴变为以黑色为主的固体，用滴管向黑斑处滴少量水，片刻后再吸入滴管，可明显看到吸入滴管中的溶液显蓝绿色，说明产物中有硫酸铜产生。至于生成的硫酸铜主要为黑色是因为混有大量的氧化铜所致，曾有文献猜测说该黑色物质可能会有硫化铜成分，这是不科学的，因为用稀盐酸很快就能全部溶解掉该黑斑，还原出铜箔本来的红色面目。

针对该实验表面皿里小段试纸褪色不便于演示观察的弊端，改用培养皿代替表面皿，改用整张浸透酸性高锰酸钾溶液的圆形滤纸粘附在培养皿底部以检验和吸收二氧化硫，酸滴可增多到两滴，其余操作不变。也可在不到两分钟的加热时间里看到整张紫红色的滤纸几乎褪为无色。如果用整张滤纸浸透品红溶液重复此实验，品红试纸褪色效果不明显，可能主要是因为本实验浓硫酸用量少所限，产生的二氧化硫气体不多，短时间内不能让大量品红明显褪色。在二氧化硫气体使品红褪色的“漂白性”表现还有争议[2]的情况下，本改进实验建议用酸性高锰酸钾试纸来检验二氧化硫气体为佳。

二、对钠燃烧实验的探究与改进

和很多同行一样，按照课本提示（见苏教版化学必修1P49“观察与思考”【实验2】）每次进行钠燃烧实验的时候，在给同学们展示石棉网上钠燃烧以后的样品时，大量的黑色物质几乎掩盖了少量的淡黄色产物，演示效果很不理想。笔者为此翻阅了不少相关文章，发现现有的改进主要集中在载体材料的改进上，有用坩埚、蒸发皿、破试管（硬质玻管）、铁片、燃烧匙的。这些改进较采用石棉网均有利于淡黄色产物的观察，且一般不与钠发生反应，但仍存在某些缺陷。如坩埚、蒸发皿的形状不利于学生直观观察实验过程;破试管在钠燃烧时容易炸裂;铁片容易生锈，不便保存和重复使用;燃烧匙除不易观察外，实验过后还不易清理干净。能否用铜箔代替石棉网进行该实验呢？

我先在实验室里进行了相应尝试：继续用0.50mm厚的铜箔代替石棉网进行钠的燃烧实验：取黄豆粒大小钠块，用滤纸吸干钠表面的煤油，用小刀除去钠表面的氧化层，搁置在洗净晾干的铜箔中央，用酒精灯在铜箔下方对着钠块处加热，钠块很快熔化成闪亮的小球，逐渐变灰……令人费解的是，一直加热了五分钟，也不见钠燃烧起来。十分钟过去了，铜箔外层加热区域已氧化变黑、能明显感到有热量辐射，钠珠依然没有燃烧的迹象，直到我放弃加热。这是为什么呢？疑惑中我查阅了大学教材《无机化学》等书籍，得知钠的燃烧产物与氧气的浓度和反应温度有关，在低温（200℃以下）和氧气不足的情况下生成氧化钠，300℃～400℃时才能生成过氧化钠，另外，查资料可知Na2O2在460℃时熔化并分解产生氧化钠和氧气。综上可得，要保证钠燃烧的产物是过氧化钠就必须尽量控制温度在300℃～460℃之间。酒精灯的火焰温度一般在五六百摄氏度左右，为什么通过铜箔不能将钠引燃？难道是因为铜是热的良导体，铜箔太厚太大，酒精灯火焰的温度被及时传导分散，致使局部温度达不到钠的着火点？如果将铜箔厚度变薄，是否可行？

改用厚度为0.11mm的铜箔代替上述厚铜箔，其余操作不变。当酒精灯火焰在铜箔下方对着钠块加热时，很快看到钠块熔化成小球，紧接着开始燃烧起来，发出黄色的火焰（担心有铜的绿色火焰干扰，却始终没有看到），此时及时撤去酒精灯，钠珠继续燃烧直至燃烧完全，所得产物开始表现为棕黑色，随着温度的降低，逐渐变成棕色、橙色、淡黄色，形状如珊瑚礁，过氧化钠的面目一清二楚，周围极少的黑色痕迹可能是残留煤油的不完全燃烧，也可能是铜的氧化物，已不重要。大量的淡黄色过氧化钠在表面部分氧化的深紅色铜箔上熠熠生辉。

参考文献：

[1]何自航，丁伟.铜和浓硫酸反应实验的改进[J].化学教学，2012（3）：49-50.

[2]黄莎莎，丁伟.二氧化硫“漂白性”实验的探究[J].化学教学，2013（1）：51-53.