銅與濃硫酸反應實驗的分析及對策

馬超強

（江蘇省豐縣民族中學 江蘇 豐縣 221700）

化學實驗既能對所學的知識進行驗證和加深理解，又能培養學生的實驗探究能力。這就要求教師對實驗有深刻認識和理解，能預期到實驗時出現的異常現象并能給予合理的解釋。本文以銅與濃硫酸反應的實驗為例來進行剖析。

一、實驗在教材中的演變

銅與濃硫酸反應的實驗，可操作性強、現象明顯，成為各版本教材的必選實驗，但不同版本對此實驗的設計又有所不同。

1995年人教版《化學》： 2000年人教版《化學》：

通過三種版本的實驗裝置圖的對比，我們可以直觀發現對于這個實驗的設計是越來越合理了。1995年人教版它是一個開放式的實驗，當進行演示實驗的時候，整個教室都可以聞到刺激性氣味，特別是前面的學生和老師更是“占盡便宜”。二氧化硫是一種有毒的氣體，實驗產生的氣體危害師生的身體健康、污染環境，所以很多老師會選擇放棄這個演示實驗。2000年人教版它變成了一個半開放性實驗，做演示實驗時，只有前排的學生和老師可以聞到刺激性氣味，大多數老師會做這個演示實驗來為教學服務。2006年的蘇教版中，它再次發生了改變，成為一個全封閉的實驗，做實驗時，聞不到刺激性的氣味，老師可以自由安排是演示實驗還是分組實驗。這個實驗的設計更科學，更合理，更符合綠色化學的理念，但實際操作時還可能會出現一些異常現象。

二、實驗現象的異常及分析

預期現象：

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

實際現象：

（1）加熱初期，銅片表面開始變黑，溶液為無色。

（2）繼續加熱，銅片表面繼續變黑，反應劇烈，有大量氣體產生，品紅溶液逐漸褪色，同時銅與濃硫酸反應的試管中出現墨綠色濁液，試管底部有灰白色固體產生。

（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，溶液為無色，再向原試管中加水，溶液為藍色，而底部仍有黑色物質存在。

現象解釋：

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

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，故溶液為無色。

現象（2）繼續加熱，溫度升高，濃硫酸的氧化性增強，主要發生如下反應［1］：

有大量的SO2氣體產生，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，濃硫酸的吸水性強于硫酸銅，故試管底部有灰白色的固體產生。

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

現象（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，故溶液還為無色。在原試管中加水，溶液呈藍色，是因為所得溶液為CuSO4水溶液。為此，我做了下面的實驗。［2］

反應結束后，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，發現有臭雞蛋氣味的氣體產生，該氣體能使濕潤的Pb（Ac）2試紙變黑，故為H2S氣體。同時沉淀溶解，溶液呈藍色，且有紅色物質出現，說明黑色物質是 Cu2S，因為：Cu2S＋2HNO3＝Cu（NO3）2＋Cu＋H2S↑。

由上可知，我的推測是正確的。但在實際教學中，我們需要讓實驗現象成為預期現象或接近預期現象。為了使銅與濃硫酸反應的實驗達到預期的效果，我們需要注意下面的幾個問題。

三、如何做好銅與濃硫酸的實驗

我們可以看出銅與濃硫酸的反應，實際上是比較復雜的，它主要與硫酸的濃度、銅片的大小、反應的溫度有關［3］。

（1）硫酸的濃度：實驗中用98﹪的濃硫酸，實驗現象并不理想，而改用硫酸與水的體積比為8﹕3至9﹕1的濃硫酸，效果會更好。

（2）銅片的大小：事實上，銅與濃硫酸的反應可按照下面兩種方式進行：

如銅片的表面積太大時，反應b就會加劇，而用細銅絲主要發生反應a，實驗效果會更好。

（3）反應的溫度：反應b在100℃以下進行的較快，溫度較高時就會受到抑制，當溫度升到150℃后就以反應a為主。所以先把濃硫酸加熱到沸騰再加入銅絲，實驗效果會更好。

綜上所述，只有對實驗進行科學的探究，才能做好實驗，讓它達到預期的目標，更好的為我們的教學服務。

［1］ 李積雙．銅與濃硫酸反應實驗現象研究 ［J］．化學教育，1999，（3）：30

［2］ 李明．幾個無機化學實驗現象解釋 ［J］．玉溪師專學報，1996，12（6）

［3］ 孫志寬．中學化學實驗教學研究［M］．杭州：杭州大學出版社，1999：115