一、问题的提出

人教版初中化学下册第11页“探究”中提出：“把一根用砂纸打磨过的铝丝浸入硫酸铜溶液中，过一会儿取出，观察，有什么现象发生？”看似一个简单的实验，却在教学实践中发现：很难在短时间内观察到溶液由蓝色变为无色。这种异常的实验现象无疑会影响实验教学，为此笔者对该实验进行了研究。

分别采用常规的串级控制和采用串级Smith预估控制，系统输入和干扰输入均为单位阶跃信号。仿真结果如图3所示。

二、目前的研究现状

笔者通过中国知网、万方数据库和百度学术等数据库查询，收集到了对该实验进行研究的11篇文章，通过分析发现，他们主要做了以下方面的改进：

在ANSYS中设置了上述参数取值范围，选定了以质量优化为目标，总形变和极限应力为约束，进行后台数据分析。计算结束后，ANSYS自动给出3种优选方案并得到如图3、图4的4种参数对连杆架零件最大总形变δmax和等效应力σmax的影响曲面图，图3中z轴为最大总变形δmax、图4中z轴则是等效应力σmax。图3和图4中，(a)图的x轴均为D1，y轴均为D2，(b)图中x轴均为H1，y轴

1.替换药品

胡明盛［6］，严柏秋等［7］，赵新德［8］认为用铝和硫酸铜溶液反应现象不明显，胡明盛建议将硫酸铜换为氯化铜，赵新德建议用光洁的铁丝来替换铝，严柏秋建议用硬度较大的易拉罐（如旺仔系列）来替换铝丝。

2.1.2 草莓专业合作社。草莓专业合作社位于孙扎齐乡雀儿盘村，合作社通过科学栽培、全程标准化生产，果实自然成熟，并且硕大饱满、无公害。园内还有多种绿色蔬菜可供选择，每年春季，草莓采摘成为周边游客旅游度假的热门体验项目［1］。

2.加入药品

刘补云等［1］，李耀军等［2］，杨宏惠［4］，胡明盛［6］，郭娜［9］建议在硫酸铜溶液中加入少量NaCl，严柏秋建议在饱和硫酸铜溶液中加入浓硫酸，浓硫酸与硫酸铜的体积比为2：3。

3.控制温度

李耀军和周勇［5］建议将硫酸铜溶液进行温度控制，可进行水浴加热到30～40℃。

n=7a-b）。知道这个规律、解决相应的问题远不是这节课的目的，而这样的规律，学生自己是不是可以发现？他们是怎么发现和解决问题的？

4.处理铝丝

通过对这些文献研究发现，这些作者对能否在短时间（如3min）内观察到溶液颜色的变化似乎并不关注，为此，引起了笔者的好奇，决定用他们的方法来看看实验效果如何，实验（硫酸铜溶液都取2mol/L左右）记录（表1）如示。

温度升高，粒子运动速度加快，降低反应活化能，提高了粒子有效碰撞次数，从而加快化学反应速率。

5.要求浓度

周勇和胡明盛建议硫酸铜溶液的浓度为1mol/L左右；李耀军、严柏秋和陈磊磊在实验时用到了饱和硫酸铜溶液；大部分教师对硫酸铜溶液的浓度没有明确的规定。

由实验结果可以看出，当任务规模较小时，三种算法在任务完成时间上的差距相对较小，改进算法收敛速度更快且更稳定.随着任务规模的提升，可以看到改进的粒子群算法表现出更为明显的优势.相比较而言，FIFO算法的迭代次数比其他算法更大，收敛速度较慢.算法初期，传统粒子群算法相比FIFO算法具有更好的收敛速度，但后期收敛速度明显变慢，且无法跳出局部极值过早的收敛.随着任务数的提升，改进的粒子群算法在总的任务完成时间上相比其他算法优势更为明显，可以看到通过惯性权重优化和调整算子的设置，能够更有效地实现较好的目标区域的搜索，降低了任务总时间，从而在优化资源以及合理调度资源方面具有良好的效果．

林碧辉等［3］发现用砂纸打磨过的铝丝浸入到硫酸铜溶液中，很难观察到红色铜附着在铝表面，而铝丝经过稀盐酸处理过现象就非常明显；郭娜和陈磊磊等［11］则建议将铝丝在浸水条件下擦去氧化膜；胡明盛和李文财［10］则认为铝丝可以不用处理；当然大部分老师将铝丝打磨并进行酸处理。

 

表1 不同方法的实验效果

  

现象3分钟出现红色，溶液变为无色作者刘补云，李耀军，郭娜，杨宏惠，胡明盛，李文财现象3分钟铝表面出现红色物质，溶液没有变为无色作者林碧辉，周勇，严柏秋，陈磊磊

（1）溶液中引进Cl-时反应速度明显加快，此时可不用处理铝丝；

由于赵新德建议用光洁的铁丝来替换铝，对本次研究没有价值，所以没有做。在做实验的过程中笔者有下列体会：

（2）放入试管中，加入硫酸铜溶液至螺旋状铝丝高度的一半（如图3），点燃酒精灯，加热（如图4）；

（3）在浸水条件下打磨铝丝非常不方便，砂纸上的砂子非常容易掉下，导致砂纸软绵绵的，不利于打磨；在空气中打磨铝丝非常容易产生很多粉尘，不利于健康。特别是进行打磨处理的铝丝实验效果并不是那么出彩，笔者建议将铝丝绕成螺旋状后直接用稀盐酸处理即可，实验效果好同时又节约时间；

1)“一张图”大数据协同管理。针对矿图多专业分离的现状，实现在线协同工作的“一张图”管理模式，基于大数据集中存储及网络服务模式创新，完成多专业、多终端、多人在线的矿图及各类业务数据的采集、录入及编辑，安全、稳定的数据提交，实现多矿井、多专业的“一张图”协同集中管理，如图1所示。

（4）李耀军和周勇的实验中要用到恒温水浴锅，笔者向5个学校也没有借到（都没有），为此笔者采用简易装置，使用了铁架台、酒精灯、烧杯、石棉网、温度计，但在实验过程中发现操作极其不方便。为此笔者建议可将试管直接放入有开水的烧杯进行加热即可（如图1）。

  

图1 开水直接加热

三、铝和硫酸铜溶液反应实验的再改进

基于对此实验的改进研究，笔者有一个问题缠绕在脑海里：在不引进Cl-的情况下，能否在短时间（如3分钟）内观察到铝与硫酸铜溶液反应的颜色变化？为此笔者做了大量实验，发现只需两次加热即可观察到溶液颜色变化。

1.实验用品

铝丝、硫酸铜溶液、稀盐酸、酒精灯、试管、试管夹、玻璃棒。

2.实验原理

1.温度。保持舍内温度20℃左右，分娩后3 d内适宜温度32℃～28℃；4～7 d适宜温度28℃～25℃；8～30 d适宜温度25℃～22℃。在舍内设置保温箱，进行人工保温。

  

图2

  

图3

  

图4

  

图5

  

图6

  

图7

3.实验步骤

（1）借助玻璃棒将铝丝绕成螺旋状（如图2），放入酸中处理，等有很多气泡冒出时拿出，用水冲洗一下（可不洗）；

（2）用易拉罐或饱和硫酸铜溶液做实验时，会观察到紧密的淡红色铜出现；

（3）加热沸腾后，停止加热，观察溶液颜色和铝丝表面现象（如图5）；

（4）等溶液趋于平稳后，再加热至沸腾并延续10秒左右（如图6），停止加热；

（5）等溶液趋于平稳后，将试管倾斜45°（如图7），观察溶液颜色。

4.实验说明

（1）最好取用平时用过的铝丝，如果是刚从铝导线上截取的，则最好打磨一下再进行酸处理，否则酸处理时间要长一些；

（2）试管容积最好大一点，以保证溶液沸腾时不会冲出。

5.改进评价

现象明显，操作简单，反应时间短，溶液浓度范围广泛。

（此论文的完成得到了扬大吴星教授和吕琳教授的帮助，在此深表感谢！）

参考文献

［1］ 刘补云，刘怀乐.无疑处质疑 探究中求真——对铝与硫酸铜溶液反应分层现象的探讨［J］.中学化学教学参考，2014（4）：54-55

［2］ 李耀军，金东升，余新红.铝与硫酸铜溶液反应的适宜条件探究［J］.化学教学，2015（8）：54-55

［3］ 林碧辉，唐凤莲.两个化学实验的改进［J］.实验教学与仪器，2014（2）：28

［4］ 杨宏惠.铝与硫酸铜溶液反应实验的改进［J］.化学教学，2013（2）：43

［5］ 周勇.对铝与硫酸铜溶液反应现象的探究［J］.实验教学与仪器，2011（3）：31

［6］ 胡明盛.铝与铜盐溶液反应的研究和建议［J］.化学教育，2006（8）：53-55

［7］ 严柏秋，王彦华，杭伟华.铝与硫酸铜反应实验的再探究——用易拉罐的铝合金置换铜［J］.化学教学，2010（5）：13

［8］ 赵新德.对铝和铜盐置换反应实验的探讨［J］.中学化学，2000（3）：23

［9］ 郭娜.实验探究Al与CuSO4溶液的化学反应速率［J］.时代青年：教育，2012：251

［10］李文财.对铝与氯化铜和硫酸铜反应速率不同的实验探究［J］.中学化学，2009（3）：20-21

［11］陈磊磊，蔡晶.铝与硫酸铜反应异常实验探究［J］.化学教学，2009（6）：27-28