浓硫酸与铜反应及二氧化硫性质综合实验装置的设计

黄云霞

摘要：针对教材中“浓硫酸与铜反应”以及“二氧化硫性质实验”的不足，将分散的几个小实验整合在一套实验装置中进行，并体现反应的可控性、安全性和绿色化思想，实验现象明显，操作简便，令人耳目一新。

关键词：浓硫酸;二氧化硫;实验设计

文章编号：1008-0546（2021）07-0096-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.025

一、问题的提出

“浓硫酸与铜反应”以及“二氧化硫的性质”是“硫及其化合物”的重要内容，也是高中化学教学的重点内容之一，该部分内容实验较多。人教版2007年第三版的《化学1》（必修）教材中将浓硫酸与铜的反应设计为：在一个带导管的胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌人下端卷成螺旋状的铜丝。在试管里加入2mL浓硫酸，盖好胶塞，使铜丝与浓硫酸接触，加热。把放出的气体通人品红溶液或紫色石蕊试液中。观察现象。向上拉铜丝，终止反应，冷却后，把试管里的液体慢慢倒人盛有少量水的另一支试管里，观察溶液的颜色[1]。实验装置如图所示：

在实验操作过程中，发现该实验设计存在如下问题：①胶塞上凹槽的大小难以把握，若凹槽过大，产生的气体会逸出，且铜丝难以被固定;若凹槽过小，则拉动铜丝很困难，且容易损坏导管。②缺少尾气处理装置，因品红溶液的褪色时间较长，实验过程中有大量的SO2逸出，危害师生的身体健康。③实验过程中存在因倒吸现象引起的安全隐患。

关于二氧化硫的性质实验，教学中一般安排“二氧化硫易溶于水且水溶液显酸性”“品红溶液被二氧化硫漂白”等实验，同版的人教版教材是这样设计这些实验的：把盖有胶塞、盛有二氧化硫气体的试管倒立在水中，在水下面打开胶塞，观察试管内液面的上升。待液面高度不再变化时，在水下用胶塞塞紧试管口，取出试管，用pH试纸测定溶液的酸碱度。在试管内保留1/3体积的溶液，滴入1～2滴品红溶液，振荡，观察溶液颜色变化。加热试管，再观察[2]。

这个实验设计存在的主要问题是：①试管内液面上升不高，产生的原因可能是因为试管中收集的SO2不足，或者试管漏气，也或者由于操作不当所致。②若试管内溶液较少，或品红溶液颜色稍微深一点，便不能观察到品红溶液完全褪色。

在内容的编排上，教材中将“二氧化硫”的内容安排在“浓硫酸”之前，这就意味着在教学“二氧化硫”的性质时要另制取二氧化硫，虽然不一定是用浓硫酸与铜反应的方法制取。我们在实际教学中，将这两部分内容重新整合，将浓硫酸与铜反应产生的SO2用于SO2的性质实验。

无论新旧化学课标，学习“二氧化硫的性质”时，学生均需掌握二氧化硫易溶于水、有毒、属于酸性氧化物、具有漂白性和还原性等内容。基于此，我们将“浓硫酸与铜反应的实验”和“二氧化硫的性质实验”整合在一套装置中进行。

二、综合实验的设计

1.实验用品

实验药品：浓硫酸、铜丝、品红试纸、蓝色石蕊试纸、酸性高锰酸钾溶液、氢氧化钠溶液

实验仪器：酒精灯、铁架台（铁夹）、具支试管、具支U型管、胶塞、弯曲导管、乳胶管、止水夹、洗耳球、干燥管、烧杯、小刀、镊子

2.实验装置（图2）

3.实验操作

实验准备：

①铜丝的准备：取一段铜芯线，去掉外面的橡胶皮，将一端弯成螺旋状，洗净。

②具支试管的胶塞上插入导管和铜丝的准备：在一个大小合适的胶塞上，用打孔器打一个孔，以便插人导管。再用锥子（教务处装订试卷用）在胶塞上钻一个孔，必要时可将锥子加热，反复钻孔。在铜丝的一端涂上一些凡士林，将铜丝插入胶塞，以铜丝较易拉动为宜。凡士林的作用是既润滑又密封。可在膠塞上的大小孔都打好后，分别插入导管和铜丝。

③具支U型管胶塞上嵌人试纸的准备：在两个大小合适的胶塞中间，用小刀切开一个约0.5cm深的口子，将品红试纸和蓝色石蕊试纸分别嵌入其中，并将它们湿润。

④向具支试管中加入3mL浓硫酸，并在U型管中加入适量酸性高锰酸钾溶液，按图连接好实验装置，并检查气密性[3]。

实验步骤：

①用酒精灯加热具支试管，至浓硫酸刚沸腾时，将铜丝的螺旋状部分插入浓硫酸中，继续加热。

②待品红试纸、酸性KMn04溶液接近褪色时，向上拉起铜丝，熄灭酒精灯。此时，观察到蓝色石蕊试纸已经变红，具支试管中溶液呈蓝绿色。

③打开乳胶管的止水夹，用洗耳球向装置内鼓入空气，将滞留在装置中的SO2尽可能全部吹到NaOH溶液中，使其被NaOH溶液吸收。

④将嵌有品红试纸的胶塞稍稍拔起，用镊子取出已褪色的品红试纸（胶塞最好重新塞上），在酒精灯上烘热，观察到品红试纸重新变红。

4.实验设计的优点

该实验装置中，浓硫酸与铜的反应可控性强，避免了实验试剂的浪费。实验过程中的尾气和装置中滞留的S02得到处理，避免了SO2污染环境，并防止了倒吸现象的发生，体现了实验的安全性和绿色化学的思想。实验的拓展性强，可在NaOH溶液中滴入几滴酚酞，根据溶液颜色褪色，证明SO2与NaOH溶液发生了反应，以便引导学生进一步研究SO2与NaOH溶液反应的产物。虽然该装置将多个单一实验整合在一起，但实验装置并不复杂，且实验现象明显，尤其是在复习课中使用，可以令学生耳目一新。有利于培养学生多角度观察实验现象和基于实验现象进行证据推理的能力，进而有利于培养学生的创新意识和化学学科核心素养。

参考文献：

[1][2]化学课程教材研究发展中心.普通高中教科书（化学必修第一册）[M].北京：人民教育出版社，2019，90-101

[3l王玮.浓硫酸与铜反应及二氧化硫性质实验的探究[J].中学化学教学参考，2017（2）：63