朱建民 浙江金華市湯溪高級中學

基于銅與濃硫酸反應再析現象及產物成分

朱建民 浙江金華市湯溪高級中學

銅與濃硫酸共熱反應，主要現象有：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。反應完后，試管底有灰白（黑）色物質。實驗初步證明灰白（黑）色物質中含有銅的氧化物（Cu2O、CuO）、硫化物（Cu2S、CuS、Cu7S4等）及S等。

濃硫酸 反應現象 黑色物質 產物成分

1 教材經典實驗

1.1 蘇教版高中《化學1》P92，【實驗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所示的實驗裝置進行實驗，觀察實驗現象。

圖4-6銅與濃硫酸反應的實驗裝置

1.2 新課標人教版高中《化學1》P85，【實驗4-8】

在試管里加入2mL濃硫酸，用帶導管和一個小孔的膠塞塞緊，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，觀察反應現象，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

圖4-29反應生成硫酸銅溶液

2 試管中實驗現象描述困境

銅與濃硫酸共熱反應，實驗現象并非能簡單描述。對反應過程中出現的黑色現象，化學反應方程式乏力表達。

另在實驗中，由于兩者量的不同，反應過程中及最終的現象也不太相同。本文作者用實驗室藥品：98.3%濃硫酸、銅片（或銅絲），做了以下兩組實驗進行描述。

2.1 濃硫酸過量

用下列“實驗裝置圖1”（固定儀器和加熱酒精燈均未畫出）來完成此實驗。

實驗裝置圖1

實驗裝置圖2

其實驗現象有（按實驗進程）：

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

2.2 銅過量

用“實驗裝置圖2”（固定儀器和加熱酒精燈均未畫出）完成此實驗。為了便于觀察有關反應現象和驗證產物，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）。長玻璃導管是讓揮發(fā)的濃硫酸和水盡可能冷凝回流。

3 異常現象及對應物質組成探釋

3.1 產生大量白霧及凝聚的淡黃色（綠色）固體物質慢慢消失

【驗證實驗】將產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。從而驗證了該白霧中不含硫酸。

【解釋】實驗中的白霧，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同時逸出，在試管中發(fā)生反應：SO2+H2O=H2SO3，形成白霧。

4 討論

4.1 濃硫酸過量時主要現象

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。反應中產生氣泡，伴有白霧。銅反應完后，靜置，管底有灰白色物質，溶液呈淡藍色，冷卻至室溫呈無色。

4.2 銅過量時主要現象

銅絲（或銅片）表面變黑，形成黑色的懸濁液。反應中產生氣泡，伴有白霧。試管和長導氣管內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，試管里的物質變?yōu)榛液谏墓腆w。

4.3 反應過程中出現的產物

銅和濃硫酸共熱時最常見到的反應產物是：CuSO4、CuS、H2O、SO2。但反應條件不同，產物還會有：CuO、Cu2S、Cu7S4、S等。

[1]①劉念，高峰等．中學化學，2013，（11）：23～24

[2]段昌平，杜元珍等．現代教育科學：教學研究，2012，（12）：141

[3]王祖浩．普通高中課程標準實驗教科書化學1(必修)（第6版）．鳳凰出版社集團，江蘇教育出版社．2014．

[4]人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發(fā)中心．普通高中課程標準實驗教科書化學1(必修)．北京：人民教育出版社，2004．

[5]北京師范大學無機化學教研室，東北師范大學無機化學教研室，華中師范大學無機化學教研室等．無機化學實驗(第三版)．北京：高等教育出版社，2001．

[6]北京師范大學，華中師范學院，南京師范學院無機化學教研室．無機化學(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：中學高級，工作單位：浙江金華市湯溪高級中學。