關(guān)于銅和濃硫酸反應(yīng)的再探究

童 標(biāo)

（江蘇省黃埭中學(xué) 江蘇 蘇州 215143）

一、問(wèn)題的提出

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(wèn)題：1.銅片表面一開(kāi)始的黑色物質(zhì)以及后來(lái)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(guò)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。

二、黑色物質(zhì)的探究

已有的理論闡述：

從上述兩類(lèi)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(lèi)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(wú)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(jiàn)：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(kāi)來(lái)；如果溶解于稀鹽酸（加熱）則可通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有無(wú)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(guò)濃氨水來(lái)輔助對(duì)Cu2S的確認(rèn)。

3.具體實(shí)驗(yàn)和結(jié)果匯總

說(shuō)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(kāi)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。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的嘗試

從課堂演示實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)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(guò)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(kāi)始時(shí)出現(xiàn)的黑色物質(zhì)是希望避開(kāi)的，因?yàn)檫@會(huì)干擾學(xué)生對(duì)書(shū)本給出的方程式的理解。筆者初步懷疑是溫度上升過(guò)快過(guò)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(guò)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(guò)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)

四、實(shí)驗(yàn)小結(jié)

筆者在現(xiàn)有中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)條件下通過(guò)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(wú)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(shū) 化學(xué)1（必修）［M］.南京：江蘇教育出版社，2007.6：92