對(duì)銅與濃硫酸反應(yīng)溶液呈綠色的實(shí)驗(yàn)探究

夏立先

摘要：通過(guò)查閱資料、分析思考及實(shí)驗(yàn)探究，排除了多種可能，最后找到了銅與濃硫酸反應(yīng)溶液呈綠色的原因，即銅表面含有氯元素。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果超出許多人的預(yù)料，它告訴我們不可忽視實(shí)驗(yàn)原料（試劑）的純度對(duì)反應(yīng)的影響。

關(guān)鍵詞：銅；濃硫酸；綠色實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)探究

文章編號(hào)：1005–6629（2015）7–0064–02 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，理論上溶液呈藍(lán)色（反應(yīng)后的混合液倒入水中溶液也呈藍(lán)色），但實(shí)際上往往看到溶液呈綠色（反應(yīng)后的混合液倒入水中溶液也呈綠色）。對(duì)這一異?，F(xiàn)象至今未有合理解釋。筆者對(duì)此進(jìn)行了研究，下面將筆者的研究歷程及結(jié)果介紹如下。

1 根據(jù)查閱的資料[1]得知：銅與濃硫酸在加熱條件下發(fā)生多個(gè)反應(yīng)，如生成硫酸銅、硫化銅、硫化亞銅、硫酸亞銅、硫等

1.1 溶液呈綠色會(huì)不會(huì)與硫有關(guān)

因?yàn)榱蚴屈S色的、水合銅離子是藍(lán)色的，膠體硫與水合銅離子形成的混合溶液呈綠色。這種解釋從理論上看是合理的，但需要實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確認(rèn)。為此，筆者設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：通過(guò)酒精溶解硫，取上層清液逐滴加入到硫酸銅溶液中并不斷攪拌，發(fā)現(xiàn)溶液變渾濁，但溶液依舊是藍(lán)色。該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，溶液呈綠色并不是由硫和水合銅離子引起的。

1.2 溶液呈綠色會(huì)不會(huì)與黑色的膠體狀的硫化銅、硫化亞銅有關(guān)

為此，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：通過(guò)蔗糖被濃硫酸炭化制得細(xì)碎的炭（由黑色的炭代替硫化銅、硫化亞銅進(jìn)行實(shí)驗(yàn)），取少量細(xì)碎的炭加入到硫酸銅溶液中并不斷攪拌，發(fā)現(xiàn)溶液變渾濁，但溶液是藍(lán)黑色的，過(guò)濾后溶液依舊是藍(lán)色。該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，溶液呈綠色并不是由硫化銅、硫化亞銅和水合銅離子引起的。

2 根據(jù)查閱的資料[2]得知：亞硫酸亞銅可與水生成的Cu2SO3·0.5H2O呈黃色，Cu2+與水結(jié)合生成的水合銅離子呈藍(lán)色，黃色與藍(lán)色混合后，溶液呈綠色

這種解釋似乎可以。仔細(xì)想想，又覺(jué)得不對(duì)：一則沒(méi)有資料證明銅與濃硫酸在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)生成亞硫酸亞銅，二則亞硫酸亞銅在硫酸過(guò)量且加熱的條件下不可能存在。這種解釋又被否定了。

3 試問(wèn)：反應(yīng)后的混合液中會(huì)不會(huì)有Fe3+（銅不純，含有鐵）？如果有的話(huà)，F(xiàn)e3+呈黃色，與水合銅離子混合溶液呈綠色

為此，筆者進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)1 檢驗(yàn)反應(yīng)后的混合液中是否含有Fe3+。

取反應(yīng)后的混合液2～3mL加入試管中，向其中加入3～5滴硫氰化鉀溶液，溶液未變紅色，說(shuō)明溶液中沒(méi)有Fe3+。

4 試問(wèn)：反應(yīng)后的混合液中會(huì)不會(huì)有Fe2+（銅不純，含有鐵）？如果有的話(huà)，F(xiàn)e2+呈綠色，與水合銅離子混合溶液呈藍(lán)綠色

筆者又進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)2 檢驗(yàn)反應(yīng)后的混合液中是否含有Fe2+。

取反應(yīng)后的混合液2～3mL加入試管中，向其中加入3～5滴硫氰化鉀溶液，溶液未變紅色，再滴入1～2滴3%的H2O2，溶液仍未變紅色，說(shuō)明溶液中沒(méi)有Fe2+。

5 試問(wèn)：反應(yīng)后的混合液中會(huì)不會(huì)有氯離子？如果有的話(huà)可形成CuCl42-（黃色），與水合銅離子混合溶液呈綠色

筆者再次進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)3 檢驗(yàn)銅絲表面是否含有氯元素。

取一段表面光潔的粗銅絲，用鑷子夾住，放在酒精燈火焰上灼燒，發(fā)現(xiàn)火焰呈綠色，初步證明銅絲表面含有氯元素[3]。

為什么表面看上去比較光潔的銅絲、銅片上會(huì)有氯元素呢？是不是表面沾附了含氯物質(zhì)呢？為此，又進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)：

取一段表面光潔的粗銅絲，用蒸餾水反復(fù)沖洗后用濾紙吸干，用鑷子夾住，放在酒精燈火焰上灼燒，發(fā)現(xiàn)火焰仍呈綠色，初步證明銅絲表面含有氯元素。

為什么用蒸餾水沖洗過(guò)的銅絲表面還會(huì)有氯元素呢？經(jīng)百度搜索得知：為防止銅在空氣中被腐蝕或增強(qiáng)銅的電絕緣性，廠(chǎng)家常在銅表面加一層聚氯乙烯的覆膜，這層覆膜肉眼是不易發(fā)現(xiàn)的，并且聚氯乙烯在加熱條件下易分解，放出氯化氫氣體。

實(shí)驗(yàn)4 做對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

取一段螺旋狀的粗銅絲放入較大試管中，然后加入濃硫酸5～8mL，將試管固定在鐵架臺(tái)上，用酒精燈加熱，可觀察到溶液慢慢變綠色、黑綠色。移開(kāi)酒精燈，待溶液冷卻后倒入5～8mL蒸餾水中，過(guò)濾，看到溶液呈綠色。

另取一段螺旋狀的粗銅絲，用鑷子夾住，在酒精燈上灼燒至火焰沒(méi)有綠色，放入較大試管中，然后加入濃硫酸5～8mL，將試管固定在鐵架臺(tái)上，用酒精燈加熱，可觀察到溶液慢慢變藍(lán)色、藍(lán)黑色。移開(kāi)酒精燈，待溶液冷卻后倒入5～8mL蒸餾水，過(guò)濾，看到溶液呈藍(lán)色。

通過(guò)以上對(duì)比實(shí)驗(yàn)可知，銅與濃硫酸反應(yīng)溶液呈綠色，是由于銅表面沾附氯元素（聚氯乙烯）引起的。

除此之外，如果銅表面沾附無(wú)機(jī)含氯化合物；或者試管不干凈，沾附無(wú)機(jī)含氯化合物；或者稀釋硫酸銅時(shí)用自來(lái)水（含氯離子）；或者用手（汗水）拿銅絲都有可能導(dǎo)致溶液呈綠色。

為保證實(shí)驗(yàn)成功（硫酸銅溶液呈藍(lán)色），需做到：①對(duì)所用銅絲灼燒至火焰沒(méi)有綠色后用。②試管要干凈，多次用蒸餾水洗滌。③稀釋硫酸銅時(shí)要用蒸餾水，不能用自來(lái)水（含氯離子）。④不要用手直接拿銅絲。

本次探究給我們的啟示是：對(duì)于塊狀或絲狀固體不能只憑外觀干凈就直接使用，使用前一定要打磨干凈，能水洗的固體還要用蒸餾水把固體表面洗滌干凈，然后才能使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉懷樂(lè)著.中學(xué)化學(xué)教學(xué)思維（第1版）[M].重慶：重慶出版社，2009：243～248.

[2]宋天佑等編.無(wú)機(jī)化學(xué)下冊(cè)（第1版）[M].北京：高等教育出版社，2004：625.

[3]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)（第3版）[M].南京：江蘇教育出版社，2010：7.