銅與濃硫酸反應現(xiàn)象的探究與分析

1、1銅與濃硫酸反應實驗現(xiàn)象的探究與分析銅與濃硫酸反應實驗現(xiàn)象的探究與分析[摘要摘要]銅與濃硫酸共熱反應因兩者的量不同，反應時的最終現(xiàn)象不同。若濃硫酸過量時，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

2、化而變化。[關鍵詞關鍵詞]銅濃硫酸共熱反應現(xiàn)象原因高一新教材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(fā)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。說明銅與濃硫酸反應時被氧化為Cu2”。然而該實驗的現(xiàn)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(xiàn)象有（按實驗進程）：銅與冷的濃硫酸不發(fā)生

3、反應，加熱時隨濃硫酸溫度升高銅絲（或銅片）表面變黑，產(chǎn)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(xù)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(chǎn)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(xù)加熱濃硫酸（沸騰）時，淡黃色固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

4、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(xù)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?yōu)闇\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?yōu)樗{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、液溶液溶液溶液實驗裝置圖1實驗裝置圖2另一種情況是銅過量。用“實驗裝置圖2”（固定儀器和加熱酒精燈均未畫出）完成此實驗。為了便于觀察有關反應現(xiàn)象和驗證產(chǎn)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(fā)的濃硫3“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(fā)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

6、，氧化銅能溶解其中）。是此，該黑色物質是產(chǎn)生的硫蒸氣與銅反應生成的硫化亞銅。其反應方程式為：S（蒸氣）2Cu△Cu2S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高溫狀態(tài)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(chǎn)生了一定數(shù)量的自由水分子，這些自由分子便與Cu2＋絡合為四水

7、絡銅離子｛[Cu（H2O）4]2＋｝，并形成絡合平衡：Cu2＋＋4H20[Cu（H2O）4]2＋（無色）（藍色）使溶液呈現(xiàn)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?yōu)闊o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?yōu)橄×蛩幔┒加惺Ｓ?。其理由是隨反應進行時，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，當其變成稀硫酸時，銅與稀硫酸不再發(fā)生氧化還原反應，是此反應停止。上述實驗表明不會出現(xiàn)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，其氧化還原反應就可持續(xù)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）

9、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(fā)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(chǎn)物則為NO，化學反應即發(fā)

10、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(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(fā)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紅溶液、藍色墨水、天然纖維素中含有的一些有色物質（如草帽辮、紙漿）等，這些漂白的機理均與SO2與水作用生成H2SO3有關