銅與濃硫酸反應(yīng)現(xiàn)象的探究與分析

1、1銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的探究與分析銅與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的探究與分析[摘要摘要]銅與濃硫酸共熱反應(yīng)因兩者的量不同，反應(yīng)時(shí)的最終現(xiàn)象不同。若濃硫酸過(guò)量時(shí)，主要現(xiàn)象有：銅表面先變黑，形成黑色濁液，隨后又變成白色濁液。銅全部反應(yīng)完后，靜置，灰白色物質(zhì)沉于管底，所得溶液呈淡藍(lán)色，冷卻至室溫呈無(wú)色。反應(yīng)中還伴有白色煙霧，并有淡黃色物質(zhì)冷凝在管壁。若銅過(guò)量，最終得灰白色固體物質(zhì)。由此說(shuō)明銅與濃硫酸共熱的反應(yīng)是很復(fù)雜的，且反應(yīng)后所得溶液顏色隨溫度變

2、化而變化。[關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞]銅濃硫酸共熱反應(yīng)現(xiàn)象原因高一新教材關(guān)于銅與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)敘述是這樣的：“實(shí)驗(yàn)表明，濃硫酸與銅在加熱時(shí)能發(fā)生反應(yīng)，放出能使紫色石蕊試液變紅或使品紅溶液褪色的氣體，反應(yīng)后生成物的水溶液顯藍(lán)色。說(shuō)明銅與濃硫酸反應(yīng)時(shí)被氧化為Cu2”。然而該實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象并非這么簡(jiǎn)單，且實(shí)驗(yàn)有兩種情況：一種情況是濃硫酸過(guò)量。用下列“實(shí)驗(yàn)裝置圖1”（固定儀器和加熱酒精燈均未畫(huà)出）來(lái)完成此實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有（按實(shí)驗(yàn)進(jìn)程）：銅與冷的濃硫酸不發(fā)生

3、反應(yīng)，加熱時(shí)隨濃硫酸溫度升高銅絲（或銅片）表面變黑，產(chǎn)生氣泡，細(xì)小黑色顆粒狀物質(zhì)從銅絲（或銅片）表面進(jìn)入濃硫酸中，形成黑色的懸濁液。隨著加熱溫度繼續(xù)升高（至沸騰），黑色顆粒狀物質(zhì)與濃硫酸反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成細(xì)小灰白色的顆粒狀物質(zhì)，隨濃硫酸一起翻滾。在此過(guò)程中試管里還產(chǎn)生了大量的白色煙霧，起初部分煙霧在試管上部?jī)?nèi)壁冷凝析出淡黃色固體物質(zhì)。在持續(xù)加熱濃硫酸（沸騰）時(shí)，淡黃色固體物質(zhì)又慢慢消失了。此間導(dǎo)氣管導(dǎo)出的氣體分別使紫色石蕊試液變紅，使品紅溶液

4、和KMnO4溶液褪色。當(dāng)銅全部反應(yīng)后，停止加熱靜置時(shí)，試管內(nèi)的煙霧也隨之慢慢消失了，試管中的液體呈淺藍(lán)色，管底沉積的固體物質(zhì)呈灰白色。繼續(xù)冷卻試管時(shí)，溶液顏色慢慢變淺，至室溫時(shí)幾乎無(wú)色。將此無(wú)色溶液注入盛有少量水的試管中，所得溶液變?yōu)闇\藍(lán)色。再向殘留有灰白色固體的試管中滴加少量蒸餾水時(shí)，所得溶液呈藍(lán)色，試管底部未溶固體的上層部分呈藍(lán)色，下層仍為灰白色（久置時(shí)可變?yōu)樗{(lán)色）。NaOH溶液銅濃硫酸安全紫色石品紅KMO4NaOH銅濃硫酸裝置蕊試

5、液溶液溶液溶液實(shí)驗(yàn)裝置圖1實(shí)驗(yàn)裝置圖2另一種情況是銅過(guò)量。用“實(shí)驗(yàn)裝置圖2”（固定儀器和加熱酒精燈均未畫(huà)出）完成此實(shí)驗(yàn)。為了便于觀察有關(guān)反應(yīng)現(xiàn)象和驗(yàn)證產(chǎn)物，將細(xì)銅絲一端卷成螺旋狀沒(méi)入濃硫酸中，另一端露置在液面上方（如圖2所示）。長(zhǎng)玻璃導(dǎo)管是讓揮發(fā)的濃硫3“實(shí)驗(yàn)裝置圖2”試管中露置銅絲變黑，既不是被試管中空氣里的氧氣氧化為氧化銅，也不是被揮發(fā)的硫酸蒸氣氧化為氧化銅。因?qū)嶒?yàn)證明氧化銅能溶于濃硫酸或稀硫酸中（酸霧冷凝的硫酸溶液比濃硫酸的濃度小

6、，氧化銅能溶解其中）。是此，該黑色物質(zhì)是產(chǎn)生的硫蒸氣與銅反應(yīng)生成的硫化亞銅。其反應(yīng)方程式為：S（蒸氣）2Cu△Cu2S實(shí)驗(yàn)證明該黑色物質(zhì)既不溶于冷的濃硫酸又不溶于稀硫酸，這正是硫化亞銅的性質(zhì)（硫化亞銅只能被處在高溫狀態(tài)的濃硫酸氧化）。4.“實(shí)驗(yàn)裝置圖1”中反應(yīng)完畢后所得溶液顏色放置變淺的原因這與Cu2＋和水分子的絡(luò)合作用及硫酸的吸水性有關(guān)。當(dāng)溶液溫度較高時(shí)，水合硫酸分子離解，產(chǎn)生了一定數(shù)量的自由水分子，這些自由分子便與Cu2＋絡(luò)合為四水

7、絡(luò)銅離子｛[Cu（H2O）4]2＋｝，并形成絡(luò)合平衡：Cu2＋＋4H20[Cu（H2O）4]2＋（無(wú)色）（藍(lán)色）使溶液呈現(xiàn)藍(lán)色；降溫時(shí)硫酸分子吸附水分子的能力增強(qiáng)，使上述絡(luò)合平衡向左移動(dòng)，溶液變?yōu)闊o(wú)色。硫酸的水合作用可用式子表示如下：H2SO4（aq）＋nH20（l）H2SO4nH20（aq）；△H05.銅過(guò)量時(shí)濃硫酸全部反應(yīng)完的原因有人認(rèn)為，濃硫酸與過(guò)量的銅反應(yīng)終了時(shí)，銅和硫酸（變?yōu)橄×蛩幔┒加惺Ｓ?。其理由是隨反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，由于硫酸的不

8、斷消耗和水的不斷生成，致使硫酸濃度慢慢減小，當(dāng)其變成稀硫酸時(shí)，銅與稀硫酸不再發(fā)生氧化還原反應(yīng)，是此反應(yīng)停止。上述實(shí)驗(yàn)表明不會(huì)出現(xiàn)這種情況。這是因?yàn)闈饬蛩嶂泻牧亢苌?，盡管反應(yīng)過(guò)程中有一定量的水生成（生成的水大部分隨硫酸蒸氣冷凝回流到試管中），但導(dǎo)出的氣體中必有一定量的水蒸氣隨二氧化硫氣體逸出了，故濃硫酸并未實(shí)質(zhì)性變稀，是此，只要有銅存在時(shí)，其氧化還原反應(yīng)就可持續(xù)進(jìn)行下去，直至硫酸全部反應(yīng)完，得到硫酸銅和少量的氧化銅及硫化銅（硫化亞銅）

9、的灰白色固體混合物。放置時(shí)可看到，長(zhǎng)導(dǎo)氣管中冷凝的水還在慢慢向下流動(dòng)，試管上部?jī)?nèi)壁的無(wú)水硫酸銅與之接觸之后發(fā)生水合作用，生成藍(lán)色的五水合硫酸銅晶體。值得注意的是，濃硝酸與過(guò)量的銅反應(yīng)時(shí)存在硝酸濃度的量變而引起化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)變問(wèn)題，這是因?yàn)闈庀跛嶂兴暮砍^(guò)了35％，即本身水的量較多。再加之該反應(yīng)是在通常情況下進(jìn)行的，反應(yīng)中水沒(méi)有變成蒸氣逸出。隨反應(yīng)的進(jìn)行硝酸不斷消耗，硝酸濃度在慢慢減小，變成稀硝酸后，硝酸的還原產(chǎn)物則為NO，化學(xué)反應(yīng)即發(fā)

10、生了質(zhì)的變化。6.SO2不能使石蕊、甲基橙指示劑褪色的原因?qū)O2持續(xù)通入盛有紫色石蕊試液或甲基橙試液的試管中，試液只會(huì)變紅，不會(huì)褪色。這是因?yàn)镾O2與水作用生成的H2SO3不能與這些物質(zhì)發(fā)生加合作用。SO2是具有漂白性，但并非對(duì)所有的有色物質(zhì)都有漂白性，上述這兩種指示劑就是實(shí)例之一。常見(jiàn)的可被SO2漂白的有色物質(zhì)有品紅溶液、藍(lán)色墨水、天然纖維素中含有的一些有色物質(zhì)（如草帽辮、紙漿）等，這些漂白的機(jī)理均與SO2與水作用生成H2SO3有關(guān)