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金属与盐溶液反应生成“铜树银花”的实验改进

摘要：人教版教材中关于“铝与硫酸铜溶液、铜与硝酸银溶液”等传统实验，存在现象不明显等情况。结合文献中一些改进方案，借助宣纸等用品，对教材实验进行改进，让“铜树银花”完美呈现。改进后的微型实验现象明显、易于推广、有艺术趣味、观赏效果好，学生在收获实验成果的同时提升了学习化学的自信心。

关键词：金属与盐溶液反应；微型实验；实验改进；铜树银花

1功能与价值

金属与盐溶液的反应是人教版九年级《化学》下册课题二“金属的化学性质”的重要内容，通过此类反应的学习，学生可以判断几种常见金属的活动性顺序，认识置换反应的特征。

教材基于POE教学策略，将此类反应设计成探究实验，以人教版九年级义务教育《化学》教材上册探究“反应前后物质的质量关系”［1］中“铁钉放入硫酸铜溶液中”实验为例，通过观察到铁钉表面有紫红色的铜产生的现象，说明铁的金属活动性比铜强，以此推测探究“铝、铜、银的活动性强弱”的方法。在三支试管中分别倒入等体积等浓度的硫酸铜溶液、硝酸银溶液和硫酸铝溶液，将打磨后的铝插入硫酸铜溶液中，打磨后的铜插入硝酸银溶液中，打磨后的铜插入硫酸铝溶液中，观察并记录实验现象，分析产生现象的原因，最后根据实验现象得出结论。该探究以定性研究为主，通过观察“金属与盐溶液反应”的现象进行分析，由学生自己归纳得出置换反应的特点，推断出三种金属的活动性顺序，培养学生观察实验、分析实验现象、归纳总结实验现象的能力。在探究的过程中培养学生的创新意识，深刻体会实验是科学探究的重要手段，是学好化学的关键。

2有关文献研究的概述

2.1传统实验方法

人教版（2011版）九年级《化学》下册第八单元课题二“金属的化学性质”中关于铝与硫酸铜溶液、铜与硝酸银溶液反应的原理分别为：

①2Al+3CuSO4Al2（SO4）3+3Cu；②Cu+2AgNO3Cu（NO3）2+2Ag。对此教学内容，教师常常将此类实验的现象总结为：（1）铝表面有紫红色固体生成，溶液由蓝色变为无色；（2）铜丝表面生成银白色固体，溶液由无色变为蓝色［2］。对应的解释分别为：（1）铝置换出硫酸铜溶液中的铜，铜是紫红色固体，反应还生成了无色的硫酸铝溶液；（2）铜置换出硝酸银溶液中的银，银是银白色固体，反应还生成了蓝色的硝酸铜溶液。

课堂上很多教师在演示铜浸入硝酸银溶液的实验时，并不像预想的那样出现银白色固体，而是反应速率很慢，一段时间后铜表面才开始产生黑色固体物质，过了较长时间才能看到铜丝下端有灰白色固体，之后底部慢慢长出银白色的针状物，溶液始终沒有变为蓝色。实验结论和学生看到的实验现象差距较大，颠覆了学生的认知，使学生感到很困惑，而教师也很难自圆其说。为此，笔者查阅了大量的文献，梁红宇老师认为可能是铜丝表面生成了一层浅灰色易脱落的疏松状的银（银部分被氧化）；黑色固体可能是溶液中的氧气将铜氧化成氧化铜［3］。田博文，刘怀乐老师认为黑色固体可能是因为反应生成的银非常细小，对光散射或吸收，故为黑色；附着在铜丝表面的银被氧化，呈现黑色；溶液中可能还有Cu2+、Cu（OH）2等干扰实验现象，铜丝表面的物质成分较复杂［4］。

2.2对一些改进方案的综述

教材中铜与硝酸银溶液反应实验方法简单，容易操作，但实验过程中会产生黑色固体，实验效果不佳，反应速率慢、耗时长，进行分组实验时，硝酸银溶液用量较大，浪费药品。同时，反应生成的硝酸铜溶液和未反应完全的硝酸银溶液无法回收，污染环境。因此有不少教师对该实验进行了改进。改进方案主要可分为以下四类：一是“加热法”。实验中，取两份等体积等浓度的硝酸银溶液于两支试管中，备好数目及粗细程度相同、打磨光亮的铜丝，将其中一支装有硝酸银溶液的试管在酒精灯上加热，使硝酸银溶液沸腾，移开酒精灯防止液体溅出，立即将两根铜丝同时伸入两支试管中［5］。实验发现煮沸的硝酸银溶液中铜丝表面有灰白色固体生成，未经煮沸的硝酸银溶液中铜丝表面呈黑色，由此得出：加热法可以减少黑色固体生成［6］。二是“加酸法”。在两个相同的容器中，注入相同体积（约40～50mL）0.5%～1.0%的硝酸银溶液，在其中一个瓶中注入2～3mL硫酸酸化的硝酸银溶液，然后插入铜丝［7］。实验发现加入硫酸酸化的硝酸银溶液的瓶中在半分钟左右产生灰黑色固体，2min后灰黑色固体表面出现白色堆积物，由此得出：若铜与硝酸银溶液反应的溶液中加入少量硫酸可以减少黑色固体生成［8］。三是“改变浓度法”。取相同大小的铜丝盘成螺旋状，分别插入不同浓度的硝酸银溶液中［9］。实验发现，其他条件不变时，硝酸银浓度越低，铜丝表面出现的黑色固体越多，溶液无明显变化；硝酸银浓度越高，银白色固体越多，溶液颜色越蓝［10］。四是“改变介质法”。主要设计思路是把水为介质改为下层琼脂上层水介质。首先制取琼脂凝胶，将饱和

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