對銅與濃硫酸反應溶液呈綠色的實驗探究

夏立先

摘要：通過查閱資料、分析思考及實驗探究，排除了多種可能，最后找到了銅與濃硫酸反應溶液呈綠色的原因，即銅表面含有氯元素。這個實驗結果超出許多人的預料，它告訴我們不可忽視實驗原料（試劑）的純度對反應的影響。

關鍵詞：銅；濃硫酸；綠色實驗；實驗探究

文章編號：1005–6629（2015）7–0064–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

銅與濃硫酸反應實驗，理論上溶液呈藍色（反應后的混合液倒入水中溶液也呈藍色），但實際上往往看到溶液呈綠色（反應后的混合液倒入水中溶液也呈綠色）。對這一異常現象至今未有合理解釋。筆者對此進行了研究，下面將筆者的研究歷程及結果介紹如下。

1 根據查閱的資料[1]得知：銅與濃硫酸在加熱條件下發生多個反應，如生成硫酸銅、硫化銅、硫化亞銅、硫酸亞銅、硫等

1.1 溶液呈綠色會不會與硫有關

因為硫是黃色的、水合銅離子是藍色的，膠體硫與水合銅離子形成的混合溶液呈綠色。這種解釋從理論上看是合理的，但需要實驗進一步確認。為此，筆者設計了如下實驗：通過酒精溶解硫，取上層清液逐滴加入到硫酸銅溶液中并不斷攪拌，發現溶液變渾濁，但溶液依舊是藍色。該實驗說明，溶液呈綠色并不是由硫和水合銅離子引起的。

1.2 溶液呈綠色會不會與黑色的膠體狀的硫化銅、硫化亞銅有關

為此，設計了如下實驗：通過蔗糖被濃硫酸炭化制得細碎的炭（由黑色的炭代替硫化銅、硫化亞銅進行實驗），取少量細碎的炭加入到硫酸銅溶液中并不斷攪拌，發現溶液變渾濁，但溶液是藍黑色的，過濾后溶液依舊是藍色。該實驗說明，溶液呈綠色并不是由硫化銅、硫化亞銅和水合銅離子引起的。

2 根據查閱的資料[2]得知：亞硫酸亞銅可與水生成的Cu2SO3·0.5H2O呈黃色，Cu2+與水結合生成的水合銅離子呈藍色，黃色與藍色混合后，溶液呈綠色

這種解釋似乎可以。仔細想想，又覺得不對：一則沒有資料證明銅與濃硫酸在加熱條件下發生反應生成亞硫酸亞銅，二則亞硫酸亞銅在硫酸過量且加熱的條件下不可能存在。這種解釋又被否定了。

3 試問：反應后的混合液中會不會有Fe3+（銅不純，含有鐵）？如果有的話，Fe3+呈黃色，與水合銅離子混合溶液呈綠色

為此，筆者進行了如下實驗。

實驗1 檢驗反應后的混合液中是否含有Fe3+。

取反應后的混合液2～3mL加入試管中，向其中加入3～5滴硫氰化鉀溶液，溶液未變紅色，說明溶液中沒有Fe3+。

4 試問：反應后的混合液中會不會有Fe2+（銅不純，含有鐵）？如果有的話，Fe2+呈綠色，與水合銅離子混合溶液呈藍綠色

筆者又進行了如下實驗。

實驗2 檢驗反應后的混合液中是否含有Fe2+。

取反應后的混合液2～3mL加入試管中，向其中加入3～5滴硫氰化鉀溶液，溶液未變紅色，再滴入1～2滴3%的H2O2，溶液仍未變紅色，說明溶液中沒有Fe2+。

5 試問：反應后的混合液中會不會有氯離子？如果有的話可形成CuCl42-（黃色），與水合銅離子混合溶液呈綠色

筆者再次進行了如下實驗。

實驗3 檢驗銅絲表面是否含有氯元素。

取一段表面光潔的粗銅絲，用鑷子夾住，放在酒精燈火焰上灼燒，發現火焰呈綠色，初步證明銅絲表面含有氯元素[3]。

為什么表面看上去比較光潔的銅絲、銅片上會有氯元素呢？是不是表面沾附了含氯物質呢？為此，又進行了實驗：

取一段表面光潔的粗銅絲，用蒸餾水反復沖洗后用濾紙吸干，用鑷子夾住，放在酒精燈火焰上灼燒，發現火焰仍呈綠色，初步證明銅絲表面含有氯元素。

為什么用蒸餾水沖洗過的銅絲表面還會有氯元素呢？經百度搜索得知：為防止銅在空氣中被腐蝕或增強銅的電絕緣性，廠家常在銅表面加一層聚氯乙烯的覆膜，這層覆膜肉眼是不易發現的，并且聚氯乙烯在加熱條件下易分解，放出氯化氫氣體。

實驗4 做對比實驗。

實驗裝置如圖1所示。

取一段螺旋狀的粗銅絲放入較大試管中，然后加入濃硫酸5～8mL，將試管固定在鐵架臺上，用酒精燈加熱，可觀察到溶液慢慢變綠色、黑綠色。移開酒精燈，待溶液冷卻后倒入5～8mL蒸餾水中，過濾，看到溶液呈綠色。

另取一段螺旋狀的粗銅絲，用鑷子夾住，在酒精燈上灼燒至火焰沒有綠色，放入較大試管中，然后加入濃硫酸5～8mL，將試管固定在鐵架臺上，用酒精燈加熱，可觀察到溶液慢慢變藍色、藍黑色。移開酒精燈，待溶液冷卻后倒入5～8mL蒸餾水，過濾，看到溶液呈藍色。

通過以上對比實驗可知，銅與濃硫酸反應溶液呈綠色，是由于銅表面沾附氯元素（聚氯乙烯）引起的。

除此之外，如果銅表面沾附無機含氯化合物；或者試管不干凈，沾附無機含氯化合物；或者稀釋硫酸銅時用自來水（含氯離子）；或者用手（汗水）拿銅絲都有可能導致溶液呈綠色。

為保證實驗成功（硫酸銅溶液呈藍色），需做到：①對所用銅絲灼燒至火焰沒有綠色后用。②試管要干凈，多次用蒸餾水洗滌。③稀釋硫酸銅時要用蒸餾水，不能用自來水（含氯離子）。④不要用手直接拿銅絲。

本次探究給我們的啟示是：對于塊狀或絲狀固體不能只憑外觀干凈就直接使用，使用前一定要打磨干凈，能水洗的固體還要用蒸餾水把固體表面洗滌干凈，然后才能使用。

參考文獻：

[1]劉懷樂著.中學化學教學思維（第1版）[M].重慶：重慶出版社，2009：243～248.

[2]宋天佑等編.無機化學下冊（第1版）[M].北京：高等教育出版社，2004：625.

[3]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·有機化學基礎（第3版）[M].南京：江蘇教育出版社，2010：7.