铜与硫反应实验的新设计

　　摘要：对老版教材中铜与硫的反应实验进行了改进，用蒸馏瓶、干燥管、玻璃管、安全套、光亮铜丝等材料设计新的实验装置。利用新装置进行实验，可以消除实验过程中产生的二氧化硫对教学环境的污染，使学生观察到清晰的实验现象，提高了实验演示效果。
　　关键词：铜与硫反应；实验装置设计；实验探究
　　文章编号：1005C6629（2017）11C0056C03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
　　1 问题提出
　　老版高中化学教材[1]为了增强学生的感性认识，加强学生对知识理解和记忆，设置了铜与硫的反应实验（如图1所示），其实验方法是：＂给盛着硫粉的大试管加热。加热到硫沸腾产生蒸气时，用坩埚钳夹住一束擦亮的细铜丝深入管口，观察发生的现象＂。实验虽然简单、现象明显，但实验中产生的副产物二氧化硫气体污染教学环境，影响师生健康。随着社会的不断发展，空气污染已经逐渐引起人们的足够重视，这个有污染的实验已不适应当今化学课堂教学的要求，所以曾引起化学界热烈讨论，在多种教学刊物上刊登了多篇文章进行了一系列的讨论，但归纳起来主要有两个问题：一是产生的副产物二氧化硫的污染问题；二是实验时，放入铜丝的火候掌握不佳，造成实验现象很不明显。笔者按照一些刊物上的实验方法进行实验时，仍然不尽如人意，有的根本没有解决好副产物二氧化硫的污染问题[2 4]；有的铜丝与硫粉混合后在试管里加热并不能达到实验目的[5 7]；有的铜丝容易粘附在试管壁上造成实验失败[8]；还有的试管内产生硫蒸气之前就放入铜丝，铜丝表面在热的试管内容易氧化或附着一层单质硫，观察不到应该有的实验现象[9]。为此，现行高中化学教材[10 12]将铜与硫反应的知识点和实验内容作了删减，没有设计新的实验方法。作为高中学生应该了解的内容之一，这样处理不利于学生知识视野的扩展和核心素养的培养。因此，我们对＂铜与硫的反应实验装置＂进行了重新构思和再研究，收到了较好的教学效果。现介绍如下，与同行们分享。
　　2 设计理念
　　铜与硫的反应实验的成功与否，关键应该注意以下两个方面的问题。其一，要保证实验的成功，使学生观察到应有的实验现象，从而达到实验的目的；其二，要消除实验时产生的副产物二氧化硫对教学环境的污染，使实验绿色化。因此，在改进铜与硫的反应实验时必须注重以下三个问题。一是要保障酒精灯加热硫粉的时间和温度，使硫蒸气呈深棕色；二是要求细铜丝表面必须洁净，既没有氧化物，也没有硫附着在表面上；三是要用碱类物质将生成的副产物二氧化硫完全吸收掉。
　　3 设计思路
　　依据铜与硫的反应实验的设计思想，力求实验设计合理、成功率高、没有污染。用蒸馏瓶作为铜与硫反应的反应器可以增大可见度；酒精灯作为热源，提供较高的温度，使硫达到沸点而气化，产生深棕色的硫蒸气；用玻璃管套住细铜丝，可以确保铜丝光亮，表面不被氧化或被硫覆盖，同时还可以防止副产物二氧化硫的外逸，污染教学环境；用干燥管内润湿的碱石灰吸收副产物二氧化硫气体，可防止污染空气。
　　4 设计原理
　　铜与硫的反应实验主要涉及以下几个反应：
　　（1）铜与硫在加热的条件下发生反应生成黑色的硫化亚铜：
　　5 实验方案
　　5.1 实验材料
　　蒸馏瓶（100mL）1个；单球干燥管1支；玻璃管（3mm 10cm）1根；2号单孔橡胶塞1个；4号橡胶塞1个；酒精灯1盏；铁架台1个；十字夹、铁夹各2个；铁圈1个；石棉网1块；小号安全套1个；粗铜丝（20cm）1根；火柴1盒；剪刀1把；锥子1把；脱脂棉、凡士林、细线若干、蒸馏水
　　硫粉；导线中的细铜丝；碱石灰
　　5.2 材料加工及装置搭建
　　取1个小号安全套，用剪刀将堵头剪掉（如图2所示）。
　　取1个4号橡胶塞，用锥子在其中央扎1个透孔，然后插入一根粗铜丝，在橡胶塞小头端粗铜丝的下端缠绕一束光亮的细铜丝（如图3所示）。
　　将带有粗铜丝的橡胶塞塞紧玻璃管上口，橡胶塞粗铜丝的周围涂上凡士林，以防漏气。调整细铜丝在玻璃管的中间位置后，在玻璃管下口套上剪好的安全套，用细线将其紧紧扎在玻璃管上（如图4所示）。
　　5.3 实验方法及实验现象
　　（1）在蒸馏瓶的支管上，安装装有干燥脱脂棉和润湿的碱石灰的单球干燥管。
　　（2）用铁圈、石棉网、十字夹和铁夹将蒸馏瓶固定在铁架台上，在蒸馏瓶内装入10g左右的硫粉，铁圈的下方放上酒精灯。
　　（3）将加工好的玻璃管用十字夹和铁夹固定在铁架台蒸馏瓶的上方后，把玻璃管上的安全套下端套在蒸馏瓶的瓶口上，然后用细线扎紧（如图5所示）。
　　（4）松开玻璃管上的铁夹，使玻璃管绕竖直轴水平旋转360 角，使安全套Q成麻花状，将细铜丝密封在玻璃管内，防止加热硫粉时细铜丝被氧化或覆盖一层单质硫而影响成功率，然后夹紧铁夹（如图6所示）。
　　（5）用火柴点燃酒精灯，加热蒸馏瓶内的硫粉，当硫沸腾并产生大量深棕色蒸气时，迅速打开夹着玻璃管的铁夹，使玻璃管逆向水平旋转并恢复到0 角，使安全套拧成的麻花状全部打开，然后用铁夹夹紧玻璃管。
　　（7）待反应结束后，熄灭酒精灯，蒸馏瓶冷却后用力上提粗铜丝，使细铜丝移至蒸馏瓶支管上方的蒸馏瓶的颈部，可观察到铜丝的表面生成了一层黑色物质。
　　（8）待干燥管内润湿的碱石灰将蒸馏瓶内的二氧化硫吸收彻底后拆除仪器，用硫化钠溶液、二硫化碳及蒸馏水洗涤干净，然后将废液倒在指定的废液桶里。
　　6 实验说明
　　（1）在做铜与硫反应实验时，加热温度要高，必须保证有充足的硫蒸气，这是实验成功的关键。
　　（2）细铜丝最好使用花线里的多股细铜丝，这样能够增大反应的接触面，使反应更完全，效果更佳。
　　（3）为了保证实验现象明显，必须在硫蒸气由橙黄色变为棕色，最后变为深棕色不透明时，迅速将细铜丝插入其中。
　　（4）细铜丝插入硫蒸气前不要加热，如果先加热铜丝，会使铜丝表面生成氧化铜或氧化亚铜，从而阻碍铜与硫蒸气接触，使实验失败。
　　（5）改进后的实验装置，构思新颖，设计巧妙。利用润湿的碱石灰吸收副产物二氧化硫，很好地解决了污染问题；使用安全套连接仪器可以密封细铜丝，保证细铜丝的光亮度，防止副产物二氧化硫外逸，且使操作简单化。
　　（6）改进后的实验装置，体现了取材容易、制作简单、操作方便、现象明显、无空气污染等特点，符合环保新理念，增强了学生的环保意识，激发了学生的学习兴趣和创新精神。
　　参考文献：
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　　[5]娄青燕.铜与硫反应的实验改进[J].湖北中小学实验室，2001，（1 2）：48.
　　[6]朱焱林.巧做铜与硫的反应[J].化学教学，1999，（9）：15.
　　[7]张涛.三则实验改进[J].实验教学与仪器，2008，（3）：16.
　　[8]叶祥煌，涂金望.演示实验＂铜与硫的反应＂实验装置改进[J].湖北中小学实验室，2001，（1 2）：42.
　　[9]马书玲.硫和铜反应的防污染装置[J].化学教学，2010，（9）：11.
　　[10]人民教育出版社化学室编著.全日制普通高级中学教科书（必修）・化学（第一册）[M].北京：人民教育出版社，2003.
　　[11]人民教育出版社n程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.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.
　　[12]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书・化学1 [M].南京：江苏教育出版社，2009.