1、銅與濃硫酸反應實驗現象的探究與分析摘要銅與濃硫酸共熱反應因兩者的量不同，反應時的最終現象不同。若濃硫酸過量時, 主要現象有：銅表面先變黑，形成黑色濁液，隨后又變成白色濁液。銅全部反應完后， 靜置，灰白色物質沉于管底，所得溶液呈淡藍色，冷卻至室溫呈無色。反應中還伴有 白色煙霧，并有淡黃色物質冷凝在管壁。若銅過量，最終得灰白色固體物質。由此說 明銅與濃硫酸共熱的反應是很復雜的，且反應后所得溶液顏色隨溫度變化而變化。高一新教材P131頁關于銅與濃硫酸反應的實驗敘述是這樣的：“實驗表明，濃硫 酸與銅在加熱時能發生反應，放出能使紫色石蕊試液變紅或使品紅溶液褪色的氣體， 反應后生成物的水溶液顯藍色。說明銅

2、與濃硫酸反應時被氧化為Cu2+”。然而該實驗的現象并非這么簡單，且實驗有兩種情況：一種情況是濃硫酸過量。用下列“實驗裝置圖 1”（固定儀器和加熱酒精燈均未畫 出）來完成此實驗。其實驗現象有（按實驗進程）：銅與冷的濃硫酸不發生反應，加熱 時隨濃硫酸溫度升高銅絲（或銅片）表面變黑，產生氣泡，細小黑色顆粒狀物質從銅 絲（或銅片）表面進入濃硫酸中，形成黑色的懸濁液。隨著加熱溫度繼續升高（至沸 騰），黑色顆粒狀物質與濃硫酸反應，轉變成細小灰白色的顆粒狀物質，隨濃硫酸一起 翻滾。在此過程中試管里還產生了大量的白色煙霧，起初部分煙霧在試管上部內壁冷 凝析出淡黃色固體物質。在持續加熱濃硫酸（沸騰）時，淡黃色固

3、體物質又慢慢消失 了。此間導氣管導出的氣體分別使紫色石蕊試液變紅， 使品紅溶液和KMnO4溶液褪色： 當銅全部反應后，停止加熱靜置時，試管內的煙霧也隨之慢慢消失了，試管中的液體 呈淺藍色，管底沉積的固體物質呈灰白色。繼續冷卻試管時，溶液顏色慢慢變淺，至 室溫時幾乎無色。將此無色溶液注入盛有少量水的試管中，所得溶液變為淺藍色。再 向殘留有灰白色固體的試管中滴加少量蒸餾水時，所得溶液呈藍色，試管底部未溶固 體的上層部分呈藍色，下層仍為灰白色（久置時可變為藍色）。圏斗改試實驗3銅濃硫酸kJ1安全紫色石品紅KMO 4裝置蕊試液溶液溶液NaOH溶液另一種情況是銅過量。用“實驗裝置圖 2” （固定儀器和加

4、熱酒精燈均未畫出） 完成此實驗。為了便于觀察有關反應現象和驗證產物，將細銅絲一端卷成螺旋狀沒入 濃硫酸中，另一端露置在液面上方（如圖 2所示）。長玻璃導管是讓揮發的濃硫酸和水 冷凝回流。開始加熱反應時的現象與前者相同。隨著反應的不斷進行，試管和長導氣 管內壁有少量淡黃色固體物質凝聚。露置于試管液面上方的光亮銅絲逐漸變黑。一會 兒后試管里的硫酸全部反應完，試管里的物質變為灰黑色的固體。取出試管中原來露 置液面上變黑的銅絲，將其分別置于盛有一定量濃硫酸和稀硫酸的兩支試管中，震蕩,銅絲表面的黑色物質不溶。若將光亮的銅絲在空氣中加熱變黑后，再分別置于盛濃硫 酸和稀硫酸的兩支試管中時，振蕩，發現置于稀硫

5、酸中的銅表面的黑色物質全部溶解， 光亮的銅露出；濃硫酸中的銅表面的黑色物質只有部分溶解。有關實驗現象分析如下：1 硫酸與銅共熱時溶液中先產生黑色物質后變成灰白色物質的原因濃硫酸與銅共熱反應是分步進行的，銅先被濃硫酸氧化為黑色的氧化銅，氧化銅 再與硫酸反應生成硫酸銅，這是反應過程中的主要化學反應，其反應的方程式為：、亠人CU+H2SO4 （濃） CuO+S6T +H2OCuO+ H2SO4 （濃）CuSO4+ H2O該過程的凈化反應可表示為：Cu+2H2SO4 （濃）CuSO4+ SO21 + 2H2O同時反應過程中還伴有一些副反應，如生成有 CuS、CU2S等黑色物質，隨著反應 的進行，這些物

6、質又被濃硫酸氧化生成硫酸銅、二氧化硫、硫等物質。其副反應有：5Cu+4H2SO4 （濃）3CuSO4+Cu2S+4H2O、亠人Cu2S +2H2SO4 （濃）CuSO4+CuS+ SC2? + 2H2OCuS +2H2SO4 （濃）CuSO4+ SO2 T +S+ 2H2OS +2H2SO4 （濃）3 SO2 T + 2H2O反應過程中產生的黑色物質是 CuO、Cu2S、CuS等，后來轉變為灰白色物質是 未溶解于濃硫酸中的CuSO4。2 產生大量白色煙霧及凝聚的淡黃色固體物質慢慢消失的原因由于反應溶液處于沸騰狀態（濃硫酸的沸點溫度為338C）,反應中生成的水及一定量的硫酸變成蒸氣，因而在試管上

7、方形成了硫酸的酸霧。濃硫酸與銅共熱時的副反 應中生成的硫在此溫度下有一部分變成了硫蒸氣從溶液中逸出，硫蒸氣先被冷凝成淡 黃色固體附著在試管壁上。隨著試管內溫度的逐漸升高，硫酸蒸氣將凝聚的硫氧化為 二氧化硫而慢慢消失。其反應的方程式為：S +2H2SO4 （濃）3 SO2 T + 2H2O3“實驗裝置圖2”試管中露置銅絲變黑的原因“實驗裝置圖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，也不是被揮發的硫酸蒸氣氧化為氧化銅。因實驗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，氧化銅能溶解其中）。是此，該黑色物質是產生的硫蒸氣與銅反應生成的硫化亞銅。其反應

8、方程式為：S （蒸氣）+2CuCU2S實驗證明該黑色物質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（硫 化亞銅只能被處在咼溫狀態的濃硫酸氧化）。4. “實驗裝置圖1”中反應完畢后所得溶液顏色放置變淺的原因這與Cu2+和水分子的絡合作用及硫酸的吸水性有關。當溶液溫度較高時，水合硫 酸分子離解，產生了一定數量的自由水分子，這些自由分子便與Cu2+絡合為四水絡銅離子Cu （H20） 42+，并形成絡合平衡：Cu2+ + 4H20=Cu （H2O） 42+（無色）（藍色）使溶液呈現藍色；降溫時硫酸分子吸附水分子的能力增強， 使上述絡合平衡向左移動， 溶液變為無色。硫酸的水合作用可用式子表示

9、如下：H2SO4 （aq） + n H2O （I）H2SO 4 n H2O （aq）; H < 05. 銅過量時濃硫酸全部反應完的原因有人認為，濃硫酸與過量的銅反應終了時，銅和硫酸（變為稀硫酸）都有剩余。其理由是隨反應進行時，由于硫酸的不斷消耗和水的不斷生成，致使硫酸濃度慢慢減 小，當其變成稀硫酸時，銅與稀硫酸不再發生氧化還原反應，是此反應停止。上述實 驗表明不會出現這種情況。這是因為濃硫酸中含水的量很少，盡管反應過程中有一定 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，故濃硫酸并未實質性變稀，是此，只要有銅存 在時，其

10、氧化還原反應就可持續進行下去，直至硫酸全部反應完，得到硫酸銅和少量 的氧化銅及硫化銅（硫化亞銅）的灰白色固體混合物。放置時可看到，長導氣管中冷 凝的水還在慢慢向下流動，試管上部內壁的無水硫酸銅與之接觸之后發生水合作用， 生成藍色的五水合硫酸銅晶體。值得注意的是，濃硝酸與過量的銅反應時存在硝酸濃度的量變而引起化學反應的 質變問題，這是因為濃硝酸中水的含量超過了 35%，即本身水的量較多。再加之該反 應是在通常情況下進行的，反應中水沒有變成蒸氣逸出。隨反應的進行硝酸不斷消耗， 硝酸濃度在慢慢減小，變成稀硝酸后，硝酸的還原產物則為NO,化學反應即發生了質 的變化。6.SO2不能使石蕊、甲基橙指示劑褪色的原因將SO2持續通入盛有紫色石蕊試液或甲基橙試液的試管中，試液只會變紅，不會 褪色。這是因為SO2與水作用生成的H2SO3不能與這些物質發生加合作用。SO2是具 有漂白性，但并非對所有的有色物質都有漂白性，上述這兩種指示劑就是實例之一。 常見的可被SO2漂白的有色物質有品