童 標(biāo)
(江蘇省黃埭中學(xué) 江蘇 蘇州 215143)
在高一化學(xué)中講到濃硫酸的強(qiáng)氧化性時(shí),我們會(huì)做銅片和濃硫酸反應(yīng)的課堂演示實(shí)驗(yàn)。
作為教師我們有責(zé)任去思考并弄清楚以下幾個(gè)問題:1.銅片表面一開始的黑色物質(zhì)以及后來溶液中的黑渾物質(zhì)到底是什么?能不能避免?2.能不能讓學(xué)生在加熱過程中始終都能看到明顯的藍(lán)色溶液?筆者擬從這兩點(diǎn)出發(fā)做粗略探究,以期與同行交流討論。
已有的理論闡述:
從上述兩類解釋可知,對(duì)于出現(xiàn)的黑色物質(zhì)的主要成分有一些分歧。筆者的驗(yàn)證思路:首先從質(zhì)量守恒中元素種類不變的角度出發(fā)猜測(cè)黑色物質(zhì)的可能范圍,經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn) 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(zhì)的性質(zhì),以期能找到區(qū)分它們的實(shí)驗(yàn)方法。下表物質(zhì)性質(zhì)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)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(jié)晶粉末 灰黑色結(jié)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(fā)生歧化反應(yīng)(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(qū)分開來;如果溶解于稀鹽酸(加熱)則可通過實(shí)驗(yàn)過程中有無臭雞蛋氣味氣體放出細(xì)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(duì)Cu2S的確認(rèn)。
3.具體實(shí)驗(yàn)和結(jié)果匯總
說明:以下實(shí)驗(yàn)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(shí)表面物質(zhì)的驗(yàn)證
表2 出現(xiàn)大量黑混時(shí)黑色顆粒的驗(yàn)證
表3 持續(xù)加熱的意外發(fā)現(xiàn)
筆者為了排除實(shí)驗(yàn)中偶然因素的影響,多次重復(fù)了上述實(shí)驗(yàn),所得現(xiàn)象基本相似。由此初步得出:黑色物質(zhì)在不同階段有不同的組成——銅片表面剛變黑時(shí)該黑色物質(zhì)主要為CuS,而如果后期溶液中出現(xiàn)的大量黑渾物質(zhì)主要是Cu2S。
從課堂演示實(shí)驗(yàn)的可見性和目的引導(dǎo)性出發(fā),筆者認(rèn)為對(duì)該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的方向應(yīng)該是:能使學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中較長(zhǎng)時(shí)間地觀察到清晰的藍(lán)色溶液的現(xiàn)象,盡可能減少黑渾現(xiàn)象的干擾。
1.能否讓銅片表面不變黑?
銅片表面在反應(yīng)開始時(shí)出現(xiàn)的黑色物質(zhì)是希望避開的,因?yàn)檫@會(huì)干擾學(xué)生對(duì)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(dǎo)致,為此進(jìn)行了如下嘗試:
2.如何能減少溶液黑渾現(xiàn)象的干擾?即讓加熱過程中藍(lán)綠色溶液的現(xiàn)象清晰和延長(zhǎng)?筆者從銅片和濃硫酸的配比上做了如下實(shí)驗(yàn)嘗試:
表4 緩熱時(shí)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(lán)綠色的持續(xù)時(shí)間
表6 冷卻后的意外發(fā)現(xiàn)
筆者在現(xiàn)有中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)條件下通過對(duì)濃硫酸和銅片反應(yīng)的再探究,只能得出一些較為粗糙的初步結(jié)論:①銅片表面要產(chǎn)生明顯氣泡,則其表面變黑難以避免。但調(diào)整好濃硫酸的用量,不僅可以使溶液始終呈現(xiàn)藍(lán)綠色,而且還能避免黑渾現(xiàn)象。②出現(xiàn)的黑色物質(zhì)的主要成分呈階段性:即銅片表面初期變黑時(shí)的黑色物質(zhì)主要為CuS。而當(dāng)銅片較多濃硫酸較少時(shí),后期溶液中出現(xiàn)的黑渾物質(zhì)主要為Cu2S。限于實(shí)驗(yàn)條件和本人研究水平,文中有些操作和觀點(diǎn)尚有欠缺,希望同行能批評(píng)指正。
[1] 黃佩麗編.無機(jī)元素化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象剖析[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,1990.4:93
[2] 王祖浩,吳星主編.高中化學(xué)教學(xué)參考書 化學(xué)1(必修)[M].南京:江蘇教育出版社,2007.6:92