關于銅和濃硫酸反應的再探究

童 標

（江蘇省黃埭中學 江蘇 蘇州 215143）

一、問題的提出

在高一化學中講到濃硫酸的強氧化性時，我們會做銅片和濃硫酸反應的課堂演示實驗。

作為教師我們有責任去思考并弄清楚以下幾個問題：1.銅片表面一開始的黑色物質以及后來溶液中的黑渾物質到底是什么？能不能避免？2.能不能讓學生在加熱過程中始終都能看到明顯的藍色溶液？筆者擬從這兩點出發做粗略探究，以期與同行交流討論。

二、黑色物質的探究

已有的理論闡述：

從上述兩類解釋可知，對于出現的黑色物質的主要成分有一些分歧。筆者的驗證思路：首先從質量守恒中元素種類不變的角度出發猜測黑色物質的可能范圍，經查閱資料發現 CuO、CuS、Cu2S、Cu2SO4的顏色均為灰黑色系列。其次分別查找這四種物質的性質，以期能找到區分它們的實驗方法。下表物質性質經由網絡化工引擎 http：／／www.chemyq.com／xz.htm 和百度百 科 http： ／／baike.baidu.com／view／1339650.htm 綜 合查得：

CuO CuS Cu2S Cu2SO4棕黑色無定形粉末 黑色結晶粉末 灰黑色結晶或粉末 灰色固體溶于稀酸、氯化銨、碳酸銨和氰化鉀溶液，溶于硝酸、熱鹽酸、硫酸、氰化鉀， 溶于硝酸、稍溶于氨水 溶于水或加熱發生歧化反應（Cu2SO4 → Cu+CuSO4）不溶于水和醇 不溶于水、醇、堿 不溶于水和稀酸

由上表可見：先用水洗滌黑色固體看是否溶解就能輕易分辨出是否為Cu2SO4；如果不溶于水就用稀鹽酸（加熱）將CuO、CuS與Cu2S區分開來；如果溶解于稀鹽酸（加熱）則可通過實驗過程中有無臭雞蛋氣味氣體放出細分出CuO與CuS；如果不溶于稀鹽酸（加熱）則還可以通過濃氨水來輔助對Cu2S的確認。

3.具體實驗和結果匯總

說明：以下實驗所用小銅片約為 0.6cm×0.5cm，約0.07g，中銅片約為 1cm×1.1cm，約 0.33g，濃硫酸為新開封，稀鹽酸為濃鹽酸與水1∶2體積比配制，大試管容積約為 45～50mL。。

表1 銅片剛剛變黑時表面物質的驗證

表2 出現大量黑混時黑色顆粒的驗證

表3 持續加熱的意外發現

筆者為了排除實驗中偶然因素的影響，多次重復了上述實驗，所得現象基本相似。由此初步得出：黑色物質在不同階段有不同的組成——銅片表面剛變黑時該黑色物質主要為CuS，而如果后期溶液中出現的大量黑渾物質主要是Cu2S。

三、實驗改進的嘗試

從課堂演示實驗的可見性和目的引導性出發，筆者認為對該實驗改進的方向應該是：能使學生在整個實驗過程中較長時間地觀察到清晰的藍色溶液的現象，盡可能減少黑渾現象的干擾。

1.能否讓銅片表面不變黑？

銅片表面在反應開始時出現的黑色物質是希望避開的，因為這會干擾學生對書本給出的方程式的理解。筆者初步懷疑是溫度上升過快過高導致，為此進行了如下嘗試：

2.如何能減少溶液黑渾現象的干擾？即讓加熱過程中藍綠色溶液的現象清晰和延長？筆者從銅片和濃硫酸的配比上做了如下實驗嘗試：

表4 緩熱時銅片表面的顏色變化

表5 銅片（均為1片小銅）與濃硫酸不同比例加熱過程中藍綠色的持續時間

表6 冷卻后的意外發現

四、實驗小結

筆者在現有中學化學實驗條件下通過對濃硫酸和銅片反應的再探究，只能得出一些較為粗糙的初步結論：①銅片表面要產生明顯氣泡，則其表面變黑難以避免。但調整好濃硫酸的用量，不僅可以使溶液始終呈現藍綠色，而且還能避免黑渾現象。②出現的黑色物質的主要成分呈階段性：即銅片表面初期變黑時的黑色物質主要為CuS。而當銅片較多濃硫酸較少時，后期溶液中出現的黑渾物質主要為Cu2S。限于實驗條件和本人研究水平，文中有些操作和觀點尚有欠缺，希望同行能批評指正。

［1］ 黃佩麗編.無機元素化學實驗現象剖析［M］.北京：北京師范大學出版社，1990.4：93

［2］ 王祖浩，吳星主編.高中化學教學參考書 化學1（必修）［M］.南京：江蘇教育出版社，2007.6：92