基于銅與濃硫酸反應(yīng)再析現(xiàn)象及產(chǎn)物成分

朱建民 浙江金華市湯溪高級(jí)中學(xué)

基于銅與濃硫酸反應(yīng)再析現(xiàn)象及產(chǎn)物成分

朱建民 浙江金華市湯溪高級(jí)中學(xué)

銅與濃硫酸共熱反應(yīng)，主要現(xiàn)象有：銅表面先變黑，形成黑色濁液，伴有白霧（H2SO3），有淡綠及淡黃色固體出現(xiàn)。反應(yīng)完后，試管底有灰白（黑）色物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)初步證明灰白（黑）色物質(zhì)中含有銅的氧化物（Cu2O、CuO）、硫化物（Cu2S、CuS、Cu7S4等）及S等。

濃硫酸 反應(yīng)現(xiàn)象 黑色物質(zhì) 產(chǎn)物成分

1 教材經(jīng)典實(shí)驗(yàn)

1.1 蘇教版高中《化學(xué)1》P92，【實(shí)驗(yàn)3】

將一小塊銅片放入試管中，然后加入2mL濃硫酸，用如圖4-6所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

圖4-6銅與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置

1.2 新課標(biāo)人教版高中《化學(xué)1》P85，【實(shí)驗(yàn)4-8】

在試管里加入2mL濃硫酸，用帶導(dǎo)管和一個(gè)小孔的膠塞塞緊，從孔中插入一根銅絲，加熱，把放出的氣體通入品紅溶液或紫色石磊溶液中，觀察反應(yīng)現(xiàn)象，拔出銅絲，冷卻后，把試管里的液體慢慢倒入盛有少量水的另一支試管里，觀察溶液顏色。

圖4-28銅與濃硫酸反應(yīng)

圖4-29反應(yīng)生成硫酸銅溶液

2 試管中實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象描述困境

銅與濃硫酸共熱反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并非能簡單描述。對反應(yīng)過程中出現(xiàn)的黑色現(xiàn)象，化學(xué)反應(yīng)方程式乏力表達(dá)。

另在實(shí)驗(yàn)中，由于兩者量的不同，反應(yīng)過程中及最終的現(xiàn)象也不太相同。本文作者用實(shí)驗(yàn)室藥品：98.3%濃硫酸、銅片（或銅絲），做了以下兩組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行描述。

2.1 濃硫酸過量

用下列“實(shí)驗(yàn)裝置圖1”（固定儀器和加熱酒精燈均未畫出）來完成此實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)裝置圖1

實(shí)驗(yàn)裝置圖2

其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有（按實(shí)驗(yàn)進(jìn)程）：

銅與冷的濃硫酸不反應(yīng)，加熱時(shí)隨體系溫度升高銅絲（或銅片）表面變黑，產(chǎn)生氣泡，細(xì)小黑色顆粒狀物質(zhì)從銅絲（或銅片）表面進(jìn)入濃硫酸中，形成黑色的懸濁液。繼續(xù)加熱溫度升高（至沸騰），黑色顆粒狀物質(zhì)轉(zhuǎn)變成細(xì)小灰白色的顆粒狀物質(zhì)，隨濃硫酸一起翻滾，在此過程中試管里產(chǎn)生了大量“白霧”，起初部分霧在試管上部內(nèi)壁冷凝，析出較淺綠色固體，后逐變?yōu)榈S色固體。濃硫酸（沸騰）時(shí)，淡黃色固體慢慢消失了。當(dāng)銅全部反應(yīng)后，停止加熱靜置時(shí)，試管內(nèi)的“白霧”也隨之消失，此時(shí)，試管中的液體呈淺藍(lán)色，管底沉積的固體物質(zhì)呈灰白色。繼續(xù)冷卻試管時(shí)，溶液顏色慢慢變淺，至室溫時(shí)幾乎無色。試管底部有灰白色固體。久置（24小時(shí)），界面處有一層藍(lán)色物質(zhì)。

2.2 銅過量

用“實(shí)驗(yàn)裝置圖2”（固定儀器和加熱酒精燈均未畫出）完成此實(shí)驗(yàn)。為了便于觀察有關(guān)反應(yīng)現(xiàn)象和驗(yàn)證產(chǎn)物，將銅絲一端卷成螺旋狀沒入濃硫酸中，另一端露置在液面上方（如圖2所示）。長玻璃導(dǎo)管是讓揮發(fā)的濃硫酸和水盡可能冷凝回流。

3 異常現(xiàn)象及對應(yīng)物質(zhì)組成探釋

3.1 產(chǎn)生大量白霧及凝聚的淡黃色（綠色）固體物質(zhì)慢慢消失

【驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)】將產(chǎn)生的白霧通入用稀鹽酸酸化過的氯化鋇溶液中，沒有白色沉淀生成。從而驗(yàn)證了該白霧中不含硫酸。

【解釋】實(shí)驗(yàn)中的白霧，是亞硫酸酸霧與硫蒸氣的混合物，其一，生成的水及被濃硫酸強(qiáng)行吸住的水分（水合硫酸），因溫度過高而變成水蒸氣，與SO2同時(shí)逸出，在試管中發(fā)生反應(yīng)：SO2+H2O=H2SO3，形成白霧。

4 討論

4.1 濃硫酸過量時(shí)主要現(xiàn)象

銅表面先變黑，形成黑色濁液，繼而墨綠色濁液，最后變成白色濁液。反應(yīng)中產(chǎn)生氣泡，伴有白霧。銅反應(yīng)完后，靜置，管底有灰白色物質(zhì)，溶液呈淡藍(lán)色，冷卻至室溫呈無色。

4.2 銅過量時(shí)主要現(xiàn)象

銅絲（或銅片）表面變黑，形成黑色的懸濁液。反應(yīng)中產(chǎn)生氣泡，伴有白霧。試管和長導(dǎo)氣管內(nèi)壁有少量淡黃色固體，露置于試管液面上方的光亮銅絲逐漸變黑，試管里的物質(zhì)變?yōu)榛液谏墓腆w。

4.3 反應(yīng)過程中出現(xiàn)的產(chǎn)物

銅和濃硫酸共熱時(shí)最常見到的反應(yīng)產(chǎn)物是：CuSO4、CuS、H2O、SO2。但反應(yīng)條件不同，產(chǎn)物還會(huì)有：CuO、Cu2S、Cu7S4、S等。

[1]①劉念，高峰等．中學(xué)化學(xué)，2013，（11）：23～24

[2]段昌平，杜元珍等．現(xiàn)代教育科學(xué)：教學(xué)研究，2012，（12）：141

[3]王祖浩．普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)1(必修)（第6版）．鳳凰出版社集團(tuán)，江蘇教育出版社．2014．

[4]人民教育出版社，課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心．普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)1(必修)．北京：人民教育出版社，2004．

[5]北京師范大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室，東北師范大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室，華中師范大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室等．無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(第三版)．北京：高等教育出版社，2001．

[6]北京師范大學(xué)，華中師范學(xué)院，南京師范學(xué)院無機(jī)化學(xué)教研室．無機(jī)化學(xué)(第四版)．北京：高等教育出版社，2003．

朱建民，性別：男，民族：漢，出生年月：1964年10月，籍貫：浙江金華，職稱：中學(xué)高級(jí)，工作單位：浙江金華市湯溪高級(jí)中學(xué)。