濃硫酸和銅反應的最佳實驗效果探究

江宇禎　郭琤

摘 要： 銅和濃硫酸反應實驗，不易取得好的效果，硫酸濃度、銅片的大小和反應溫度對此實驗影響極大。實驗過程中生成的黑色物質常影響溶液變藍的判斷，必須對黑色沉淀物的成分進行實驗探究。

關鍵詞： 濃硫酸 銅 反應溫度 黑色沉淀

1.問題的提出

人教版高一《化學》教科書對濃硫酸與銅的反應實驗過程描述如下：

在試管里加入一小塊銅片，然后再加入少量濃硫酸，用裝有玻璃導管的單孔膠塞塞好，加熱，放出的氣體分別通入紫色石蕊試液或品紅溶液中，觀察反應現(xiàn)象。反應完畢，冷卻后，將試管中的液體慢慢倒入另一支盛有少量水的試管中，觀察溶液顏色。

但在實驗時發(fā)現(xiàn)：開始加熱一會兒后先產生氣泡，有細小黑色顆粒狀物質從銅片表面進入濃硫酸中，形成黑色懸濁液；隨著溫度升高（至沸騰），試管中產生了細小的白色顆粒狀物質，停止加熱靜置，未反應完的銅表面有黑色的不溶物，試管底部沉積的固體物質有黑色的和白色的，試管中的液體呈灰白色。將試管內的溶液倒入另一支盛有水的試管中，溶液的藍色不夠明顯。導致課堂演示實驗沒有達到演示的目的，而且在教學過程中很難向學生解釋實驗過程中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象。現(xiàn)對該實驗的最佳實驗條件和黑色物質成分進行探究，以更好地完成課堂演示實驗。

2.濃硫酸與銅反應最佳實驗條件探究

（1）硫酸的濃度

將12mol/L、13mol/L、14mol/L、15mol/L、16mol/L、17mol/L、18mol/L的硫酸溶液，分裝在七支試管中，分別投入少量的小銅片，依次在酒精燈上加熱至沸騰。實驗結果見表1。

在加熱條件下銅與小于13mol/L的硫酸不反應。這是由于在濃硫酸與銅的反應中，濃硫酸的氧化性隨濃硫酸濃度減小而變弱，酸性隨濃硫酸濃度減小而增強。與濃度為14～15mol/L以上的硫酸共熱產生黑色物質和無色刺激性氣體。與16mol/L的硫酸反應速度最快，而與17～18mol/L的硫酸反應速度緩慢。因為銅與高濃度的硫酸（17～18mol/L）作用生成黑色物質，濃硫酸易與黑色物質作用，使它表面形成較密的薄膜，在一定的溫度范圍內一直存在。阻礙硫酸與銅的反應。

因此，采用濃度為16mol/L左右的硫酸溶液進行此實驗，效果最佳。

（2）銅片的大小

往三支蒸餾燒瓶中分別投入表面積大小不同的銅片，再分別加入30ml的16mol/L硫酸溶液，用裝有玻璃導管的單孔膠塞塞好，加熱，放出的氣體分別通入品紅溶液中，觀察反應現(xiàn)象，實驗結果見表2。

（3）反應的溫度

3.濃硫酸與銅反應過程中黑色物質成分的探究

（1）收集沉淀物

按課本要求進行試驗，取3mL18.4mol/L濃硫酸和一小塊銅片（Cu過量），加熱煮沸10min左右，有大量黑色沉淀產生，靜置冷卻后，傾去上層酸液，把沉淀倒入盛有大量水的燒杯中，多次進行洗滌、靜置、過濾，分離出黑色沉淀，留做待用。

（2）黑色沉淀物成分鑒定

黑色沉淀經(jīng)過多次水洗可知，沉淀中沒有可溶性物質存在，接下來可根據(jù)物質的特征反應和特殊反應現(xiàn)象做出鑒定，實驗結果見表4：

4.硫酸銅的確認

根據(jù)實驗情況，用以下兩種方法，說明有硫酸銅產生。

（1）如果反應后試管里的液體本身就呈銅鹽特有的藍色，就已經(jīng)可以證明，不必再把液體倒入水中進行觀察了。

（2）如果反應后試管里的液體變黑，且有一些白色固體（無水CuSO）產生，則可將試管冷卻后，盡可能棄去液體，在留有白色固體的試管里，加少量水使它溶解，溶液便會呈藍色（CuSO·5HO）。

5.結論

（1）從以上實驗探究結果可知，銅與濃硫酸實驗的最佳反應條件為：加入的硫酸濃度為16mol/L左右，參與反應的銅片大小應使整個反應體系中濃硫酸的加入量稍過量，并快速加熱溶液至沸騰（338℃）。滿足以上條件則能夠得到大量CuSO，稀釋后溶液呈現(xiàn)藍色，副產物少，不影響觀察溶液顏色。縮短反應所需的時間，加快實驗進程。

參考文獻：

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