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圣安课程体验之“湿法炼铜”
2015-08-15 23:26

    【友情提示】本文照片共计18张,照片拍摄日期为2015727日(圣安时间)。若网页打开后未能完全显示,请将页面多刷新几次,或在页面内任意空白处按住鼠标左键向下拖动,拉开页面。

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2015年福州一中圣安德鲁斯大学课程体验的第一节化学实验课是“湿法炼铜”。

实验前,指导教师Smellie教授用图文并茂的形式先给同学们介绍了铜这种重要的基础金属材料在日常生活和经济发展等方面中的重要作用,并现场演示了一个一种铜的配位化合物(蓝色)被空气中氧气氧化成无色物质且能不断互变(可逆反应)的有趣实验,极大激发学生的学习兴趣。最后Smellie教授和几位助教现场指导学生完成从硫酸铜溶液中用铁置换出铜(即“湿法炼铜”)的实验。

具体来说,“湿法炼铜”是用硫酸将铜矿中的铜转变成可溶性的硫酸铜,再将铁放入硫酸铜溶液中把铜置换出来,反应原理可表示为:

CuOH2SO4CuSO4H2OCuSO4FeCuFeSO4

Smellie教授没有提到的是“湿法炼铜”技术其实是我国古代人发明的,对于这一化学变化的观察和认识可追溯到西汉初期。西汉淮南王刘安(公元前179~前122年)所主撰的《淮南万毕术》 已提到“白青得铁,即化为铜”,“白青”就是孔雀石类矿物,即碱式碳酸铜。东晋炼丹家葛洪(283343年)在其所著《抱朴子·内篇·黄白》中也有“以曾青(硫酸铜)涂铁,铁赤色如铜”的记载。

南北朝时更进一步认识到不仅硫酸铜,其他可溶性铜盐也能与铁发生置换反应,如南北朝的陶弘景说:“鸡屎矾投苦酒(醋)中涂铁,皆作铜色”,即不纯的碱式硫酸铜或碱式碳酸铜不溶于水,但可溶于醋,用醋溶解后也可与铁起置换反应,显然认识的范围扩大了。到唐末五代间,湿法炼铜的原理应用到生产中去,至宋代更有发展,成为大量生产铜的重要方法之一。

一群中国中学生在西方的高等院校用现代的实验仪器模拟古老中国炼铜工艺是一件有趣的事。这个实验并不复杂,相关原理在国内中学课程都学过,实验涉及的溶解、搅拌、过滤等化学实验基本操作高一学生均做过,但在圣安做这样的实验完全是全新感受,因为圣安的实验设备、实验安全意识、环保意识等不同于国内,具体来说是明显高(优)于国内,而设备的先进性甚至改变了实验操作规则:

1、实验设备

圣安实验室宽敞明亮、整洁有序,通风设备非常好,整间实验室几乎没有闻到化学品的气味——要做到这点很难,在国内很少遇到,包括很多大学,不要说进入实验室,就是靠近它就知道是化学楼!仔细观察圣安实验室,不仅两边全是通风橱,且整个天花板都有抽气设备,24小时运作。我们很多人都不爱一直呆在实验室,很重要原因就是实验室——臭!

圣安实验仪器也很先进,往届去圣安的学生都给我提过,一句话——高大上!这次亲身体验,名副其实。我们国内常使用一件简单仪器完成多件任务,圣安是用不同仪器完成不同任务,仪器分工明确,专业化程度高,种类繁多,可能导致我们的一些实验规则在圣安未必有用。这一度导致我有些悲观——天不如别人蓝,可实验条件差距也这么大。

2、实验安全意识

任何人进入实验室实验,必须穿实验服,戴护目镜,取用有腐蚀性或有毒样品必须戴防护手套。记得护目镜戴久了我觉得不习惯,把它摘下休息,很快有助教过来提醒必须戴好护目镜。

安全意识也体现在许多设备上,如通风橱,如果操作时橱门拉伸位置过高,报警器会报警提醒。

3、环保意识

实验产生的废气、废液、废渣的处理也是我特别留意的地方,抽气设备如此先进,废气的处理我就不多说了;废液、废渣的处理做得也很细,有机废液、无机废液分开回收,废渣也有专门的回收桶,就连使用过的废纸也做了一个纸张的回收箱。

4、规范操作意识

圣安实验规范操作意识不如国内强调的多,可能是仪器先进的缘故。比如“湿法炼铜”实验中加热溶解铜矿石,我们的做法是用酒精灯加热(强调垫石棉网),玻璃棒不断搅拌(强调不能触碰烧杯发出声音)——请注意,此时热蒸汽逸出,拿玻璃棒的手很不好受,动作容易变形触碰烧杯,如果在课堂演示,学生就会发出某种笑声,你的形象就会就会受到影响;但在圣安,这一切都没必要担心——磁力自动搅拌加热器(图2),不用石棉网,不用玻璃棒,站在傍边的老师会发出某种笑声。

再如“湿法炼铜”实验中过滤操作,我们特别强调什么“一贴二低三靠”,过滤效果还很差,但在圣安,这一切又没有了,他们用布氏漏斗抽滤(图3)!

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好了,下面展示一下学生实验时的照片吧。

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分类:圣安日记 | 阅读(1778) |评论(4)
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最新评论
 
  • 张君翔: 圣安的实验室高端而严谨,感觉做什么实验都能很细致,精确。
  • 黄剑芳: 同样的实验,在实验设计上比国内复杂,而这些不同的设计确保了高成功率,当然,这也基于他们有高端仪器保障。Smellie教授水平也很高,我看到实验过程中有两个异常现象他都漂亮解决。
  • 黄剑芳:

    一个是有机溶剂萃取叶绿素后分液时有一组分层不明显,浑浊状,问助教,没解决,问Smellie教授,他加饱和盐水进去,振荡,哇!清晰分层,盐析啊,至少当时我没想到!还有就是叶绿素荧光试验,国内做这个实验成功率不是很高,或现象不明显,你看看Smellie教授做了3-4组,都很漂亮,粉红色荧光!印象中他有加双氧水,这个实验我还在找资料研究。你们有什么信息提供出来交流一下。

    其实还有一些案例,不再一一列出。

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