Cu与浓硫酸的反应.docx

前述

在高中化学的教学当中，我们势必会学到硫与硫酸的章节，在这章里面，为了使学生充分了解到硫处于最高氧化态时的含氧酸——硫酸的氧化性，都会做金属铜和浓硫酸反应的实验。在这个实验里面，铜被氧化体现了浓硫酸的强氧化性，生成二价铜盐又反映出浓硫酸的强酸性。考试时同学们在描述现象会说：“铜溶解，产生蓝色溶液以及能够使品红溶液褪色的刺激性气体。”当我们实际操作的时候却发现，铜和浓硫酸反应过后留下了许多不能解释的黄褐色以至灰色的产物，有时还会出现黑色的小颗粒，这就与简单的理想实验描述大相径庭，这些产物到底是什么呢？究竟以怎么样的物料加入量反应，才能够使学生直观清晰地通过实验现象看到他们所要了解的知识呢？

—实验探究过程

论述将分开笔者实验和文献实验。首先是笔者实验。

笔者采取18.4mol/L的浓硫酸5mL和一片铜片置于试管内用酒精灯加热，按照课本的要求进行实验，反应持续有4min左右时试管内反应液沸腾，出现雾状液滴悬浮在管内空间中，另一头连接的品红稀溶液褪色

（由鲜艳的粉红变为透明）。这证明产生了二氧化硫，实验的确存在我们期待的产物。试管内产生了灰黑色物质，铜尚未完全溶解。待冷却后除去反应装置，经过称重，铜溶解了大概三分之二。对灰色物质干燥以后，笔者提出了自己的猜测。

①灰黑色物质是硫化亚铜和氧化铜的混合物。

②灰黑色物质仅仅是铜的硫化物。

③灰黑色物质可能既有铜氧化物和铜硫化物，也可能产生了硫单质。为了验证自己的假设，笔者有针对性地进行了几个实验。

用湿润的玻璃棒沾取少许灰黑色物质放置在塑料点滴板中，滴加少许浓盐酸，等待一段时间后发现固体无明显溶解。

以上面的方法取灰黑色物质在塑料点滴板内，滴加浓硝酸若干，经一段时间之后，产生很淡的二氧化氮气体，但固体仍然没有明显发生溶解。

在另一个洁净的试管内加入5mL浓硝酸，把剩余的灰黑色物质放入，并用酒精灯加热，片刻后浓硝酸沸腾，产生大量红棕色二氧化氮气体，持续加热至不再有气体产生，逐出管内的残余气体，并以氢氧化钾溶液吸收。笔者惊讶地发现，试管中大部分的灰黑色物质都溶解了，且溶液呈现很淡的蓝色。

笔者把(3)中所得产物溶液分成几份，其中一份加入硝酸酸化的硝酸钡溶液，出现白色难溶沉淀。这说明产生了硫酸根。另一份加入二乙基二硫代氨基甲酸钠①溶液，发现产物溶液出现了浅绿色。又取少量加入亚铁氰化钾标液，出现深红色溶液。这有力地证明产生了铜离子。

基于上述实验，可以判断的确产生了铜硫化物，至于硫和铜氧化物是否产生，这实在是阙疑。

下面是文献实验。二〇一〇年第六期《学园》杂志刊登了甘肃省永昌县第一高级中学曹万宝老师的文章，文章即对于铜与浓硫酸反应的异常产物进行了一个相对较为周密和科学的探究。他的实验步骤大体如下。(1).18.4mol/L的浓硫酸3mL和一小片铜片置于试管内用酒精灯加热，最后铜片基本溶解，产生白色乳浊液状物，铜片变黑。取出少量白色产物至另一个容器内，加入适量水振荡，白色产物溶解，加入亚铁氰化钾，产生深红色沉淀，这说明是有铜盐生成。

取出铜片，刮下表面黑色物质，加水溶解，发现无明显溶解，加入硫酸，发现铜片溶解，以此证明产生了氧化铜。

取出反应试管内黑白相间的物质，加入氰化钾溶液，黑色物质全部溶解②，再加入亚硝酰铁氰化钠，溶液显淡紫色，说明有硫离子，由此可说明浓硫酸和铜能产生硫化铜。

依据以上事实，曹万宝认为，可以判定产生了硫酸铜、硫化铜和氧化铜等物质，这些产物导致了反应后溶液颜色的怪异。他还认为，由于整个反应是在大体非水的环境下进行的，浓硫酸具有吸水性和生成的水都随着二氧化硫逸出，生成的硫酸铜几乎没有溶解，仍以无水状态存在，甚至体系内还有硫化亚铜产生。总的来说，他所确定的产物有氧化铜、硫酸铜、硫化铜、硫化亚铜。

反应体系的化学变化可以通过下面的方程式描述：

另外，笔者还查阅了与此相关的报道，如二〇〇九年第十期的《化学教育》刊物上就登载了北京人民大学附属中学王春老师的有关文章。

该文章从异常现象分析、反应物的最佳用量和最佳合理装置等方面对新教材中铜与浓硫酸的反应进行了探究，取得了较为理想的实验结果。王春老师还以大学教材《无机化学基础》中的表格，来详实有力地说明了浓硫酸和金属铜反应的可能产物以及产生种种不能解释的现象的原因。

二合理的实验展示

根据上面的探究我们可以发现，铜和浓硫酸的反应绝不是单一的，它伴随了很多的副反应，有的时候副反

应的产物甚至可以屏蔽主反应的产物，造成观察的不便，这就引出了下一个问题，究竟如何控制反应，使得观察更加方便和直观呢？

首先我们需要了解一个问题，即多少浓度的硫酸才可以将铜氧化。《实验教学研究》二〇〇八年第二期中小学实验与设装备刊登了一篇文章，是关于铜和浓硫酸反应的演示实验阐发