銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的分析及對(duì)策

馬超強(qiáng)

（江蘇省豐縣民族中學(xué) 江蘇 豐縣 221700）

化學(xué)實(shí)驗(yàn)既能對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證和加深理解，又能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。這就要求教師對(duì)實(shí)驗(yàn)有深刻認(rèn)識(shí)和理解，能預(yù)期到實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的異常現(xiàn)象并能給予合理的解釋。本文以銅與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)為例來(lái)進(jìn)行剖析。

一、實(shí)驗(yàn)在教材中的演變

銅與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，可操作性強(qiáng)、現(xiàn)象明顯，成為各版本教材的必選實(shí)驗(yàn)，但不同版本對(duì)此實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)又有所不同。

1995年人教版《化學(xué)》： 2000年人教版《化學(xué)》：

通過(guò)三種版本的實(shí)驗(yàn)裝置圖的對(duì)比，我們可以直觀發(fā)現(xiàn)對(duì)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是越來(lái)越合理了。1995年人教版它是一個(gè)開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，整個(gè)教室都可以聞到刺激性氣味，特別是前面的學(xué)生和老師更是“占盡便宜”。二氧化硫是一種有毒的氣體，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的氣體危害師生的身體健康、污染環(huán)境，所以很多老師會(huì)選擇放棄這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)。2000年人教版它變成了一個(gè)半開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，做演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，只有前排的學(xué)生和老師可以聞到刺激性氣味，大多數(shù)老師會(huì)做這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)來(lái)為教學(xué)服務(wù)。2006年的蘇教版中，它再次發(fā)生了改變，成為一個(gè)全封閉的實(shí)驗(yàn)，做實(shí)驗(yàn)時(shí)，聞不到刺激性的氣味，老師可以自由安排是演示實(shí)驗(yàn)還是分組實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)更科學(xué)，更合理，更符合綠色化學(xué)的理念，但實(shí)際操作時(shí)還可能會(huì)出現(xiàn)一些異常現(xiàn)象。

二、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的異常及分析

預(yù)期現(xiàn)象：

銅逐漸溶解，溶液冷卻稀釋后變藍(lán)，有大量的氣泡冒出，產(chǎn)生無(wú)色有刺激性氣味的氣體，品紅溶液逐漸褪色。

實(shí)際現(xiàn)象：

（1）加熱初期，銅片表面開(kāi)始變黑，溶液為無(wú)色。

（2）繼續(xù)加熱，銅片表面繼續(xù)變黑，反應(yīng)劇烈，有大量氣體產(chǎn)生，品紅溶液逐漸褪色，同時(shí)銅與濃硫酸反應(yīng)的試管中出現(xiàn)墨綠色濁液，試管底部有灰白色固體產(chǎn)生。

（3）再加熱，試管中有“白霧”涌出，濁液變澄清，銅片消失，試管底部灰白色的固體增多。

（4）如反應(yīng)完全后，冷卻靜置，把上層清夜倒入盛有少量水的另一支試管，溶液為無(wú)色，再向原試管中加水，溶液為藍(lán)色，而底部仍有黑色物質(zhì)存在。

現(xiàn)象解釋：

現(xiàn)象（1）加熱初期，溫度不高，濃硫酸的氧化性不夠，使銅失去1個(gè)電子形成亞銅離子，而Cu2S的溶度積又特別小，易形成，所以發(fā)生如下反應(yīng)：

所以銅片變黑，由于濃硫酸的吸水性，生成少量的硫酸銅難以水合，故溶液為無(wú)色。

現(xiàn)象（2）繼續(xù)加熱，溫度升高，濃硫酸的氧化性增強(qiáng)，主要發(fā)生如下反應(yīng)［1］：

有大量的SO2氣體產(chǎn)生，故品紅溶液褪色。生成的CuS、Cu2S、S、CuSO4水合物混合呈墨綠色。此時(shí)，濃硫酸的吸水性強(qiáng)于硫酸銅，故試管底部有灰白色的固體產(chǎn)生。

現(xiàn)象（3）再加熱，濃硫酸繼續(xù)氧化CuS、Cu2S及少許生成的S，故濁液變澄清。試管中有“白霧”，是由于隨著反應(yīng)的進(jìn)行，原來(lái)被濃硫酸吸的水因溫度升高而釋放出來(lái)變成水蒸氣，然后隨生成的SO2溢出。生成的白色的CuSO4夾雜黑色的物質(zhì)CuS而呈灰白色。

現(xiàn)象（4）上部液體是濃硫酸倒入盛有少量水的試管中是將濃硫酸稀釋，故溶液還為無(wú)色。在原試管中加水，溶液呈藍(lán)色，是因?yàn)樗萌芤簽镃uSO4水溶液。為此，我做了下面的實(shí)驗(yàn)。［2］

反應(yīng)結(jié)束后，冷卻靜置，用膠頭滴管吸出上層液，向試管中加入水，溶液為藍(lán)色。取2mL此溶液離心分離，棄去上層液，用蒸餾水洗滌2～3次，然后在沉淀上滴加6mol·L－1HNO3溶液，發(fā)現(xiàn)有臭雞蛋氣味的氣體產(chǎn)生，該氣體能使?jié)駶?rùn)的Pb（Ac）2試紙變黑，故為H2S氣體。同時(shí)沉淀溶解，溶液呈藍(lán)色，且有紅色物質(zhì)出現(xiàn)，說(shuō)明黑色物質(zhì)是 Cu2S，因?yàn)椋篊u2S＋2HNO3＝Cu（NO3）2＋Cu＋H2S↑。

由上可知，我的推測(cè)是正確的。但在實(shí)際教學(xué)中，我們需要讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象成為預(yù)期現(xiàn)象或接近預(yù)期現(xiàn)象。為了使銅與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)達(dá)到預(yù)期的效果，我們需要注意下面的幾個(gè)問(wèn)題。

三、如何做好銅與濃硫酸的實(shí)驗(yàn)

我們可以看出銅與濃硫酸的反應(yīng)，實(shí)際上是比較復(fù)雜的，它主要與硫酸的濃度、銅片的大小、反應(yīng)的溫度有關(guān)［3］。

（1）硫酸的濃度：實(shí)驗(yàn)中用98﹪的濃硫酸，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不理想，而改用硫酸與水的體積比為8﹕3至9﹕1的濃硫酸，效果會(huì)更好。

（2）銅片的大小：事實(shí)上，銅與濃硫酸的反應(yīng)可按照下面兩種方式進(jìn)行：

如銅片的表面積太大時(shí)，反應(yīng)b就會(huì)加劇，而用細(xì)銅絲主要發(fā)生反應(yīng)a，實(shí)驗(yàn)效果會(huì)更好。

（3）反應(yīng)的溫度：反應(yīng)b在100℃以下進(jìn)行的較快，溫度較高時(shí)就會(huì)受到抑制，當(dāng)溫度升到150℃后就以反應(yīng)a為主。所以先把濃硫酸加熱到沸騰再加入銅絲，實(shí)驗(yàn)效果會(huì)更好。

綜上所述，只有對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)的探究，才能做好實(shí)驗(yàn)，讓它達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，更好的為我們的教學(xué)服務(wù)。

［1］ 李積雙．銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象研究 ［J］．化學(xué)教育，1999，（3）：30

［2］ 李明．幾個(gè)無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋 ［J］．玉溪師專學(xué)報(bào)，1996，12（6）

［3］ 孫志寬．中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究［M］．杭州：杭州大學(xué)出版社，1999：115