铜与浓硫酸反应中硫酸浓度的最佳条件探究

浓硫酸与铜反应的实验探究高中化学教材必修1（新课标）第四章第四节《氨硝酸硫酸》中，为了讲解浓硫酸的氧化性，设计了浓硫酸与铜反应的实验（实验4-9），教材中关于浓硫酸与铜反应的实验是这样叙述的：“我们已经知道，铜不能与酸反应放出H2。

但浓硫酸却可以与铜发生氧化还原反应，反应除生成硫酸铜外，还生成二氧化硫和水。

”（实验装置及现象如下图-1所示）一、提出问题在实际操作时，试管底部往往有黑色沉淀物，反应所形成的溶液呈灰绿色，加热时间长一些，溶液颜色可变浅。

如果有硫酸铜生成，溶液应该是蓝色，为什么溶液呈灰绿色而且试管底部有黑色物质出现呢？为了达到理想的实验效果并且解释这些现象，我们从反应产物和反应条件两方面着手对浓硫酸与铜的反应做了一些探究。

二、实验验证实验仪器：铁架台、酒精灯、大试管、小试管、单孔橡皮塞、双孔橡皮塞、温度计、导管与橡皮管若干；实验药品：铜丝、铜片、不同浓度的浓硫酸、品红溶液、蒸馏水。

（一）浓硫酸的浓度对反应的影响我们先来探究当铜片规格相同、硫酸过量时，浓硫酸浓度对实验的影响。

1．实验过程【实验1-1】取18.4mol/L浓硫酸3mL置于试管中，向其中放一小块铜片，并用酒精灯加热。

实验现象：开始加热一会儿后产生气泡，在铜片表面有细小黑色颗粒状物质生成并进入浓硫酸中，形成黑色悬浊液。

随着温度升高，直至沸腾，黑色颗粒状物质逐渐转变成细小灰白色颗粒状。

试管中出现大量白雾，品红溶液褪色。

停止加热静置，未反应的铜表面有黑色物质，试管底部沉淀的固体物质呈灰白色，试管中的液体呈灰绿色。

继续冷却试管时，溶液的颜色慢慢变浅。

将此无色溶液倒入废液缸中，向试管中残留的灰白色固体中加少量蒸馏水，所得溶液呈很浅的蓝色。

【实验1-2】取16mol/L浓硫酸3mL置于试管中，向其中放一小块铜片，并用酒精灯加热。

实验现象：与【实验1-1】现象相似，但溶液中灰白色沉淀较少，溶液也呈浅蓝色。

冷却后溶液仍然为浅蓝色。

【实验1-3】取14mol/L浓硫酸3mL置于试管中，向其中放一小块铜片，并用酒精灯加热。

浓硫酸与铜反应的实验探究高中化学教材必修1（新课标）第四章第四节《氨硝酸硫酸》中，为了讲解浓硫酸的氧化性，设计了浓硫酸与铜反应的实验（实验4-9），教材中关于浓硫酸与铜反应的实验是这样叙述的：“我们已经知道，铜不能与酸反应放出H2。

但浓硫酸却可以与铜发生氧化还原反应，反应除生成硫酸铜外，还生成二氧化硫和水。

”（实验装置及现象如下图-1所示）一、提出问题在实际操作时，试管底部往往有黑色沉淀物，反应所形成的溶液呈灰绿色，加热时间长一些，溶液颜色可变浅。

如果有硫酸铜生成，溶液应该是蓝色，为什么溶液呈灰绿色而且试管底部有黑色物质出现呢？为了达到理想的实验效果并且解释这些现象，我们从反应产物和反应条件两方面着手对浓硫酸与铜的反应做了一些探究。

二、实验验证实验仪器：铁架台、酒精灯、大试管、小试管、单孔橡皮塞、双孔橡皮塞、温度计、导管与橡皮管若干；实验药品：铜丝、铜片、不同浓度的浓硫酸、品红溶液、蒸馏水。

（一）浓硫酸的浓度对反应的影响我们先来探究当铜片规格相同、硫酸过量时，浓硫酸浓度对实验的影响。

1．实验过程【实验1-1】取18.4mol/L浓硫酸3mL置于试管中，向其中放一小块铜片，并用酒精灯加热。

实验现象：开始加热一会儿后产生气泡，在铜片表面有细小黑色颗粒状物质生成并进入浓硫酸中，形成黑色悬浊液。

随着温度升高，直至沸腾，黑色颗粒状物质逐渐转变成细小灰白色颗粒状。

试管中出现大量白雾，品红溶液褪色。

停止加热静置，未反应的铜表面有黑色物质，试管底部沉淀的固体物质呈灰白色，试管中的液体呈灰绿色。

继续冷却试管时，溶液的颜色慢慢变浅。

将此无色溶液倒入废液缸中，向试管中残留的灰白色固体中加少量蒸馏水，所得溶液呈很浅的蓝色。

【实验1-2】取16mol/L浓硫酸3mL置于试管中，向其中放一小块铜片，并用酒精灯加热。

实验现象：与【实验1-1】现象相似，但溶液中灰白色沉淀较少，溶液也呈浅蓝色。

冷却后溶液仍然为浅蓝色。

【实验1-3】取14mol/L浓硫酸3mL置于试管中，向其中放一小块铜片，并用酒精灯加热。

2018年第1期教育与装备研究卖验教学铜和浓硫酸反应实验的探究宋志贵摘要:针对中学化学教学中铜和浓硫酸反应实验出现的问题，通过文献和实验探究了影 响铜和浓硫酸反应实验现象的因素，在文献资料的指导下，对铜与浓硫酸反应从反应的温 度、硫酸的浓度、铜的用量、实验操作的方法等方面对反应进行了研究，得出了获得铜和浓 硫酸反应理想实验现象应注意的问题和实验的方法。

关键词：铜；浓硫酸；实验；温度；浓度;操作方法一、问题的提出浓硫酸和稀硫酸性质的不同，表现在浓硫 酸在加热的条件下能和铜发生反应。

中学化 学教材中通过铜和浓硫酸反应的实验来说明 浓硫酸的强氧化性以及反应生成的产物。

对 于铜和浓硫酸反应的实验，让学生认识浓硫 酸的强氧化性的最适宜的现象，就是反应过 程中溶液变为蓝色、品红溶液褪色。

但是按 照教材中的方法进行实验，出现的现象并不 是这样，这就给学生认识铜和浓硫酸反应造 成了困惑。

苏教版高中化学必修1中浓硫酸和铜反应 的实验方法为[1]:将一小块铜片放入试管中， 然后加入2m L 浓硫酸，用如图1所示的实验装 置进行实验，观察实验现象。

按照教材中的方法进行实验，我们观察到 的现象是:在对反应物加热的过程中，铜片首先 变为黑色，然后溶液先由无色变为浅蓝色;继续 加热，液体的蓝色消失，出现灰褐色或灰白色的 浑浊物，品红溶液褪色。

这样的实验现象对铜图1 铜和浓硫酸反应实验装置和浓硫酸反应的教学是不利的，让学生难以理 解，实验也不能突出课堂教学的重点。

实验能 不能避免出现对学生造成困惑的多余的现象? 教材中书写的化学方程式为:Cu + 2H2S04 (浓）j =CuS04+S02T +2H 20。

实验出现的现象 能否和教材书写的化学方程式相一致呢？我们 对此进行了研究。

二、铜和浓硫酸反应的实验研究(一）铜和浓硫酸反应的文献[2]文献资料表明，在不同的温度下，98%的浓 硫酸和金属铜发生的发应不同，产物复杂多样。

温度在543K 以上发生的反应主要为：宋志贵，江苏省徐州市第一中学，高级教师，江苏省特级教师。

铜与浓硫酸反应引言:铜与浓硫酸的反应是在化学领域中经常被研究的一个重要主题。

这个反应涉及到一系列复杂的化学过程和反应机理，对于理解金属与酸的相互作用以及应用于工业中的金属腐蚀过程有着重要的意义。

本文将探讨铜与浓硫酸反应的基本原理、实验条件和反应产物等关键方面。

一、反应原理：铜与浓硫酸反应的化学方程式可以表示为：Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O。

在这个反应中，铜原子（Cu）与硫酸（H2SO4）发生了化学反应，生成了铜硫酸（CuSO4）、二氧化硫（SO2）和水（H2O）。

这是一个氧化还原反应，铜原子从氧化态为0的金属铜（Cu）被氧化为+2价的铜离子（Cu2+），硫酸则从+6价的硫酸根离子（SO42-）还原为+4价的二氧化硫（SO2）。

二、实验条件：在进行铜与浓硫酸反应的实验时，需要注意以下几个条件：1. 实验器材的选择：由于浓硫酸具有强腐蚀性，因此实验器材应选用耐酸的材料，例如玻璃器皿或特殊材料制成的反应容器。

2. 反应温度：铜与浓硫酸反应的速率与反应温度密切相关。

在室温下，反应速率较慢，通常需要加热至80℃以上才能使反应快速进行。

3. 前处理：在进行实验前，应将铜试片或铜粉进行适当的前处理，例如去除表面的氧化层，以提高铜与浓硫酸反应的效率。

4. 实验操作：实验操作中要注意安全，避免与浓硫酸接触皮肤和眼睛，必要时戴上防护手套、眼镜等。

三、反应机理：铜与浓硫酸反应的整个过程可以分为三个步骤：1. 反应初期：铜与硫酸溶液接触时，硫酸开始迅速溶解铜的表面氧化层，生成铜离子（Cu2+）和硫酸根离子（SO42-）。

这个步骤是一个氧化反应，铜原子被氧化为Cu2+离子。

2. 深入反应：铜离子进一步与硫酸根离子和水分子发生反应，生成了铜硫酸离子（CuSO4）和水（H2O）。

这个步骤是一个还原反应，硫酸根离子从+6价还原为+4价的二氧化硫。

3. 反应终止：当硫酸完全反应后，铜与溶液中的硫酸根离子不再发生反应。

铜与浓硫酸反应的实验改进发布时间：2022-09-04T17:24:04.503Z 来源：《中小学教育》2022年8月3期作者：张月闫红敏[导读] 铜和浓硫酸共热的化学反应因二者的质量差异，在化学反应时的最后表现也有所不同。

当浓硫酸太多时，表现在：铜表面开始黯化，并产生黑色浊液。

铜在全部化学反应完毕后，在低温下静置，灰白色的物质就会沉淀在试管底部，得到的溶液显浅蓝色。

在化学反应中还伴有大量白烟，或有浅黄色物凝结于管壁。

若铜过剩，则最后得灰白色固体产物。

表明铜和浓硫酸共热的化学反应是非常复杂的，而且化学反应后得到的溶液颜色随温度改变而发生变化。

所以进行铜和浓硫酸化学反应的实验改进是非常有必要的。

张月闫红敏汝州市实验中学河南汝州 467500【摘要】铜和浓硫酸共热的化学反应因二者的质量差异，在化学反应时的最后表现也有所不同。

当浓硫酸太多时，表现在：铜表面开始黯化，并产生黑色浊液。

铜在全部化学反应完毕后，在低温下静置，灰白色的物质就会沉淀在试管底部，得到的溶液显浅蓝色。

在化学反应中还伴有大量白烟，或有浅黄色物凝结于管壁。

若铜过剩，则最后得灰白色固体产物。

表明铜和浓硫酸共热的化学反应是非常复杂的，而且化学反应后得到的溶液颜色随温度改变而发生变化。

所以进行铜和浓硫酸化学反应的实验改进是非常有必要的。

【关键词】铜；浓硫酸；实验中图分类号：G652.2 文献标识码：A 文章编号：ISSN1001-2982 （2022）8-107-01引言：铜和浓硫酸的反应在不同条件下有所差异。

根据改进思路，改进实验所得到的创新之处表现在：反应易于控制，节省了非正常实验的时间，并且反应后的二氧化硫会被充分吸收，避免了环境污染，培养了学生的环保意识，实现了化学实验绿色化、零排放的要求，符合绿色化学的要求。

整体实验科学，并且更富有趣味性、思考性，能引发学生们的浓厚探究欲，后经理论分析和实验阐述了铜和浓硫酸的性质。

一、实验现象（1）当浓硫酸过量时。

铜和浓硫酸反应实验现象的探究与分析作者：胡效忠来源：《甘肃教育》2010年第07期〔关键词〕化学教学;铜;浓硫酸;实验现象;分析〔中图分类号〕 G633.8〔文献标识码〕 C〔文章编号〕 1004—0463(2010)04(A)—0058—01一、铜与浓硫酸的化学反应1. 实验装置图。

2. 实验现象。

新教材关于铜与浓硫酸反应的实验现象是这样叙述的:浓硫酸与铜在加热时能发生反应,放出能使紫色石蕊试液变红或使品红溶液褪色的气体,反应后生成物的水溶液显蓝色,说明铜与浓硫酸反应时被氧化为Cu2+。

然而该实验的现象并非这么简单,有以下两种情况:一种情况是浓硫酸过量。

其实验现象有:铜与冷的浓硫酸不发生反应,加热时随浓硫酸温度升高铜丝(或铜片)表面变黑,产生气泡,细小的黑色颗粒状物质从铜丝(或铜片)表面进入浓硫酸中,形成黑色的悬浊液。

随着加热温度继续升高(至沸腾),黑色颗粒状物质与浓硫酸反应,转变成细小灰白色的颗粒状物质随浓硫酸一起翻滚。

在此过程中试管里还产生了大量的白色烟雾,起初部分烟雾在试管上部内壁冷凝析出淡黄色固体物质。

当加热到浓硫酸沸腾时,淡黄色固体物质又慢慢消失了。

此间导气管导出的气体能使紫色石蕊试液变红,或使品红溶液和KMnO4溶液褪色。

当铜完全反应后,停止加热静置时,试管内的烟雾也随之慢慢消失了,试管中的液体呈浅蓝色,管底沉积的固体物质呈灰白色。

继续冷却试管时,溶液颜色慢慢变浅,至室温时几乎无色。

将此无色溶液注入盛有少量水的试管中,所得溶液变为浅蓝色。

再向残留有灰白色固体的试管中滴加少量蒸馏水时,所得溶液呈蓝色,试管底部未溶固体的上层部分呈蓝色,下层仍为灰白色(久置时可变为蓝色)。

另一种情况是铜过量。

为了便于观察有关反应现象和验证产物,将细铜丝一端卷成螺旋状放入浓硫酸中,另一端露置在液面上方(仍用上述装置)。

长玻璃导管是让挥发的浓硫酸和水冷凝回流。

开始加热反应时的现象与前者相同,随着反应的不断进行,试管和长导气管内壁有少量淡黄色固体物质凝聚,露置于试管液面上方的光亮铜丝逐渐变黑。

铜与浓硫酸1. 引言铜与浓硫酸之间的反应是化学实验中的一个重要主题。

铜是一种常见的过渡金属，而浓硫酸是一种强酸。

铜与浓硫酸的反应涉及酸的强酸性和金属的活动性。

在本篇文章中，我们将讨论铜与浓硫酸反应的特点、机制以及可能的应用。

2. 铜与浓硫酸的反应特点铜与浓硫酸反应具有以下特点：2.1 腐蚀性：浓硫酸是一种强酸，能够与铜发生剧烈反应，产生大量的二氧化硫气体和硫酸铜。

2.2 生成硫酸铜：反应产物之一是硫酸铜，其化学式为CuSO4。

硫酸铜是一种蓝色晶体，常用于实验室和工业中作为催化剂、试剂以及防止木材腐蚀的材料。

2.3 放热反应：铜与浓硫酸的反应是一个放热反应，也就是说反应过程中会释放出热量。

3. 反应机理铜与浓硫酸的反应遵循以下机理：3.1 氧化反应：铜在浓硫酸中发生氧化，形成二价铜离子。

具体反应如下：Cu + 2H2SO4 -> CuSO4 + SO2↑ + 2H2O3.2 还原反应：硫酸铜中的铜离子被还原为金属铜。

具体反应如下：CuSO4 + 2H2O -> Cu + 2H2SO4通过这两个反应，铜在浓硫酸中发生了氧化和还原反应，形成了硫酸铜和二氧化硫气体。

4. 实验条件控制在实验中，为了控制铜与浓硫酸的反应，需要注意以下条件：4.1 反应温度：反应温度的控制对反应速率和产物生成具有重要影响。

一般来说，较高的温度可以加快反应速率。

4.2 浓度控制：浓硫酸的浓度对反应速率和产物形成也有影响。

较高浓度的浓硫酸可以加快反应速率。

4.3 配比：浓硫酸与铜的摩尔配比也会影响反应的进行和产物的生成。

5. 应用铜与浓硫酸的反应在实际应用中具有一定的意义：5.1 实验教学：铜与浓硫酸反应是化学实验教学中常见的实验之一。

通过实验可以观察到颜色的变化、气体的产生以及放热反应等现象，可以锻炼学生的实验操作技巧和观察能力。

5.2 金属加工：铜与浓硫酸反应产生的二氧化硫气体在金属加工过程中可以用作清洁剂，用于清除铜表面的氧化物、硫化物等杂质，提高金属表面的纯度。

对浓硫酸与铜反应实验的深入探究作者：曹万宝来源：《学园》2010年第06期一问题缘起人教版高一《化学》教科书对浓硫酸与铜的反应实验过程描述如下:在一支试管里加入一小块铜片,然后再加入3ml浓硫酸,用装有玻璃导管的单孔胶塞塞好,加热,放出的气体分别通入紫色石蕊试液或品红溶液中,观察反应现象。

反应完毕,冷却后,将试管中的液体慢慢倒入另一支盛有少量水的试管中,观察溶液的颜色。

教材上对实验现象的描述和解释是:浓硫酸与铜在加热时能发生反应,放出能使紫色石蕊变红或使品红溶液褪色的气体。

反应后生成物的水溶液显蓝色。

说明铜与浓硫酸反应时被氧化成了Cu2+,生成的气体是SO2。

反应方程式为:Cu+2H2SO4(浓)== CuSO4+SO2↑+2H2O可是笔者在做实验时发现:开始加热一会后先产生气泡,有细小黑色颗粒状物质从铜片表面进入浓硫酸中,形成黑色悬浊液;随着温度升高(至沸腾),试管中产生了细小的白色颗粒状物质,出现了大量白雾,品红溶液褪色;停止加热静置,未反应完的铜表面有黑色的不溶物,试管底部沉积的固体物质有黑色的和白色的,试管中的液体呈灰白色,将试管内的溶液倒入另一支盛有水的试管中,溶液的蓝色不够明显。

出现了这种情况,导致课堂演示实验没有达到演示的目的,而且在教学过程中很难向学生解释实验过程中出现的异常现象。

二探究过程1.黑色物质成分的探究取18.4mol/L浓硫酸3ml和一小块铜片,按课本要求做实验。

试验完成后,笔者仔细进行了以下实验过程,探究试管中产物的成分。

(1)取少量试管中白色物质,加入另一支试管中,再加入适量水并振荡,发现白色固体溶解,溶液呈现蓝色;向此蓝色溶液中加入少量K4[Fe(CN)6]后,发现产生红棕色沉淀,说明是Cu2+,由此可知铜与浓硫酸反应产生了CuSO4。

(2)将铜片取出,用少许水洗涤中,黑色物质脱落但不溶解。

往洗涤液中滴加稀硫酸,发现部分黑色物质溶解,溶液呈现蓝色,由此说明黑色物质中有CuO。

铜与浓硫酸反应实验的探究作者：罗金虹刘茜来源：《课程教育研究·新教师教学》2017年第02期【摘要】对高中化学人教版教材《化学1（必修）》中“铜与浓硫酸反应”实验的装置进行了改进，改进后可同时检验SO2的漂白性、还原性和酸性，增加了简易尾气吸收装置。

分析了实验过程中上层溶液呈绿色的原因并进行实验验证。

结果表明，棕黄色的热浓硫酸与蓝色水合铜离子混合导致上层溶液呈绿色。

【关键词】铜；浓硫酸；实验改进；绿色溶液【中图分类号】G633.8 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）02-0276-02Cu与浓H2SO4反应实验是高中化学教材中经典的实验之一，旨在让学生理解浓硫酸的强氧化性及SO2的检验方法[1]。

按照高中化学人教版教材《化学1（必修）》第101页图4-32操作，实验过程中会遇到以下情况：在橡胶塞上直接抽拉铜丝不易操作，抽动铜丝时可能会使橡胶塞与铜丝的接触处漏气；该装置可以验证二氧化硫的漂白性，但不能体现SO2的其它性质，如酸性和还原性；没有尾气吸收装置；可能发生倒吸现象，给实验带来安全隐患[2]。

针对以上不足，我们从绿色环保、装置简约安全等角度对该实验进行了改进，并对实验条件及实验现象进行了讨论。

一、实验改进1.实验药品与仪器药品：98%浓硫酸溶液、高锰酸钾溶液、紫色石蕊溶液、碱性品红溶液、20%氢氧化钠溶液。

仪器：铁架台、具支试管、量筒、绕成螺旋状的铜丝、单孔橡胶塞、T形管、橡胶帽、双联打气球、长直玻管、气球、棉花、试纸、橡胶管、止水夹。

2.实验过程实验装置如图1所示。

将铜丝灼烧至绿色火焰消失后，用砂纸反复打磨，再将其穿过与T 形管连接好的胶帽。

使用胶帽既避免了装置漏气又方便了抽拉铜丝。

在长直玻璃管中从左向右依次放入润湿的品红试纸、紫色石蕊试纸、高锰酸钾试纸，三个试纸分别检验SO2的漂白性、酸性和还原性。

如图1连接好实验装置，检查装置的气密性。

用量筒量取一定体积的98%的浓硫酸溶液倒入具支试管中，塞好橡胶塞。

铜和浓硫酸反应注意事项查看全部铜与浓硫酸反应方程是：Cu+2H2SO4(浓)═加热=CuSO4+SO2↑+2H2O。

该反应的现象是铜被逐渐溶解，有气泡产生，生成的气体能够使紫色石蕊变红或品红溶液褪色。

一般和浓硫酸反应都会生成二氧化硫。

这是由浓硫酸的强氧化性决定的。

铜是一种过渡元素，化学符号Cu，英文copper，原子序数29、纯铜是柔软的金属，表面刚。

切开时为红橙色带金属光泽，单质呈紫红色。

延展性好，导热性和导电性高，因此在电缆和电。

气、电子元件是最常用的材料，也可用作建筑材料，可以组成众多种合金。

异，电阻率很低，其中最重要的数青铜和黄铜。

此外，铜也是耐用的金属，可以多次回收而无损。

根据知识系列或反应类型或物质类别记忆，使零散的知识通过归纳成为有规律可循、以重点物质为中心的知识网络。

该反应中，铜元素化合价从0价升高到+2价，被浓硫酸氧化，所以浓硫酸做氧化剂，铜作还原剂。

铜完全反应后，会有灰白色物质沉于试管底部。

铜与硫酸在加热条件下发生反应时,常产生黑色沉淀,有时会影响蓝色溶液的观察.这往往是由于铜过量或硫酸浓度不够造成的,除了教材上介绍的反应外,加热过程中往往发生下列反应：铜与浓硫酸发生什么反应？铜与浓硫酸反应方程是：Cu+2H2SO4(浓)═加热=CuSO4+SO2↑+2H2O。

该反应的现象是铜被逐渐溶解，有气泡产生，生成的气体能够使紫色石蕊变红或品红溶液褪色。

一般和浓硫酸反应都会生成二氧化硫。

浓硫酸与铜反应生成硫酸铜，不生成硫化铜。

这是由浓硫酸的强氧化性决定的。

铜是一种过渡元素，化学符号Cu，英文copper，原子序数29、纯铜是柔软的金属，表面刚切开时为红橙色带金属光泽，单质呈紫红色。

延展性好，导热性和导电性高，因此在电缆和电气、电子元件是最常用的材料，也可用作建筑材料，可以组成众多种合金。

铜合金机械性能优异，电阻率很低，其中最重要的数青铜和黄铜。

此外，铜也是耐用的金属，可以多次回收而无损其机械性能。

铜与浓硫酸反应的实验探索第12卷第1期2010年2月遵义师范学院JournalofZunyiNormalCollegeV o1.12.No.1Feb.2010铜与浓硫酸反应的实验探索陈文兴,王敏,罗宿星(1.遵义师范学院化学系,贵州遵义563002;2.仁怀酒都高级中学,贵州仁怀564500) 摘要:对高中化学第一册中"铜与浓硫酸反应"演示实验的实验装置和实验方法进行了改进,用可移动的铜丝代替铜片,并对硫酸的浓度进行了探索.结果表明,当硫酸的浓度为80%时,实验现象鲜明,反应时问短,教学效果明显.关键词:铜丝;铜片;浓硫酸;改进中图分类号:G633.8文献标识码:C文章编号:1009—3583(2010)-01-011l_o3 TheResearchonExperimentinReactionofCopperandConcentratedSulfuricAcidCHENWen-xingJ,W ANGMin2,LUOSu-xing'(1.DepartmentofChemistry,ZunyiNormalCollege,Zunyi563002,China;2.Seniormidges choolofJiudu,Renhuai,564500,China)Abstract:Therearemanyinsufficienciesinthedemonstrationexperimentofcopperreaction withconcentratedsulfuric acidinBookoneofchemistrycourseinseniorhighschoo1.Byimprovingexperimentalmetho dandexperimentaldevice, ifwerisemoveablecoppersheetinsteadofbrasswires,andexploredtheconcentrationofsulfuricacidinthisexperiment, theresultsshowedthatwhentheeonncentrtionofsulfuricacidwas80%,theexperimentalphe nomenonwasmoreobvious, thereactiontimeWasshorterandtheteachingeffectwasbetter.Keywords:brasswires;coppersheet;concentratedsulfuricacid;experimentalimprovement ;amelioration铜与浓硫酸的反应是高中化学教材中重要的演示实验之一,实验的原理是:Cu+2H~S04(浓)CuSO+SO2t+2H20,实验方法是:在一支试管中加入一小块铜片,再加人3mL浓硫酸,然后用装有玻璃导管的单孔橡皮塞好,加热.将放出的气体通人品红溶液中,观察反应现象,见图1.反应完毕,冷却后,将试管中的液体慢慢倒入另一支盛有少量水的试管中,观察溶液的颜色【l】.该实验的教学目的是让学生通过观察到的实验现象(生成物溶于水后溶液呈蓝色,放出的气体能使品红溶液褪色),了解并掌握浓硫酸的氧化性质.然而.教材提供的实验方法和步骤存在四方面的欠缺:第一,装置属半敞开式,蘸有NaOH溶液的棉花团不敝fNaOIl溶/浊的梳他川图1课本演示实验能保证完全吸收多余的二氧化硫气体,就有可能造成环境污染,达不到当今绿色化学的标准;第二,要将反应后的液体倒入另一支盛有水的试管中,必须将反应物冷却,使得实验时间较长操作又烦琐,导致教学环节松散;第三,生成物中仍有浓硫酸,溶于水收稿日期:2009—10—15基金项目:遵义师范学院基础教育研究资助项目(基2008003)作者简介:陈文兴,女,贵州遵义人,遵义师范学院化学系高级实验师. 第12卷第1期遵义师范学院2010年2月图2改进装置1时放出大量的热,给实验带进安全隐患;第四,生成物中夹杂有大量的黑色物质,这些黑色物质不溶于水影响对溶液颜色的观察,甚至根本观察不到蓝色的溶液,使得实验现象既不鲜明,教学效果又不明显.针对这些问题,作者对课本实验作了探索性的改进.1仪器与试剂实验仪器:试管(20x180mm),具支试管(20x180mm),酒精灯,橡皮塞,乳胶头,导气管.实验药品:2moa0H,0.05%品红,98%浓硫酸,棉花,铜片,铜丝.2试验方法2.1改进方法一将蘸有NaOH溶液的棉花团改为装NaOH溶液的试管,确保完全吸收多于的二氧化硫气体.按图2所示安装实验装置,检查装置的气密性;在装有铜片的试管中加入3mL98%的浓硫酸,加热.待品红溶液褪至无色时,停止加热.2.1.1实验现象反应过程中出现大量的黑色固体物质沉淀于试管底部,试管中产生大量白色烟雾,品红溶液褪至无色.2.1.2结果讨论改进后的实验只解决了污染问题.但由于反应后期产生的SO气体量减少,装置内的气压降低,易导致品红溶液倒吸.品红溶液一旦倒吸,就会产生干扰,导致实验失败.2.2改进方法二增加缓冲装置,改品红溶液为蘸有品红溶液的长纸条放人试管内.图3所示.2.2.1实验现象溶液开始变蓝的同时出现黑色的物质,并产生大量的白色烟雾,待品红试纸完全褪成无色时,试管中只有黑色固体和无色液体.l】2,图3改进实验22.2.2实验结果分析由于98%的浓硫酸沸点是338~0",而硫酸铜晶体在218℃时就全部失水冈.随着反应时间的增加, 反应体系中的水分被蒸发,浓硫酸部分生成发烟硫酸,故产生大量的白色烟雾;产物硫酸铜处在非水体系中不显蓝色,因而观察不到蓝色的硫酸铜溶液生成.黑色的固体物质可能是铜与浓硫酸共热时反应生成的硫化亚铜和硫化铜的混合物.因为铜与浓硫酸反应时会有多种副反应发生13],低于IO0~C时5Cu+4H~O4(浓)一Cu+3CuSO4+4H20随着温度的升高,浓硫酸氧化性增强,继续发生如下的副反应:Cu~S+2H2SO4(浓)一CuS+CuSO~SO2T+2H20 CuS+2H~O4(浓)一CuS04+SO2T+S+2H20所以,在实验过程中由于黑色固体物质的干扰,既观察不到CuSO的白颜色,也不易观察到Cu(H~O)SO 呈现的蓝色.由此可知,影响反应的因素有:反应温度,反应时间,硫酸溶液的浓度.而导致黑色物质产生的主要原因是:反应时间过长,硫酸的浓度过大及未控制反应温度.当98%的浓HaSO.体积为3mL时,铜片的质量为0.1—0.6g(或相当于此用量比),实验效果较明显,实验成功率较高,故再次将实验改进.2.3改进方法三2.3.1实验方法改试管为具支试管.将铜片改为可上下抽动的铜丝.在橡皮塞上插入带有乳胶头的短玻璃管,将铜丝经乳胶头穿过玻璃管插入具支试管内,把铜丝末端绕成团,上端弯成小钩状(便于抽取悬人硫酸溶液中央的铜丝团,同时保证气密性),如图4所示.由于6o%的浓硫酸就具有一定的氧化性H.向具支试管中加入3mL80%的硫酸溶液,预热硫酸溶液接近沸腾时,撤离酒精灯,将铜丝伸人硫酸溶液中,反应立即发生.当品红试纸褪至无色时,把铜丝抽离硫酸溶液.陈文兴?铜与浓硫酸反应的实验探索图4改进实验32.3.2实验现象与结果反应开始试管中溶液逐渐变蓝,当品红试纸褪至无色时,溶液的蓝色鲜明,且没有黑色物质产生.2.4最佳反应条件配制50%—95%不同浓度的硫酸溶液.分别用相同体积不同浓度的硫酸溶液与质量相同的可移动铜丝按图4的装置和2.3.1的方法做对比实验,得到表1所示的一组实验数据:表1铜丝与5O盼—95%的硫酸溶液反应C/%5O6070758O859095L无色无色淡蓝色蓝色蓝色蓝色蓝黑色蓝黑色M无无无无无少许多大量t/min5.05.04.54.03.02.52.01.5注:C一硫酸的浓度;L_溶液的颜色;M一黑色固体;r 品红试纸褪色所需时间,下同.实验数据表明:硫酸溶液的浓度在70%一85%时,反应所需要时间较短,几乎看不到黑色沉淀,试管中溶液呈现的蓝色鲜明.再用72%一84%不同浓度的硫酸溶液,按2.3.l的方法进行对比试验,得到表2所示的一组实验数据:表2铜丝与72%一84%的硫酸溶液反应C,%72747678808284L淡蓝色淡蓝色淡蓝色蓝色蓝色蓝色蓝黑色M无无无元无很少少许t/min454.03.53.53.03.02.53结果与讨论根据表1和表2所示的实验数据得出:用80%的硫酸溶液做此实验.品红试纸褪至无色时只需3.0 分钟,试管中溶液呈现明显的蓝色,且没有黑色物质生成,是浓硫酸氧化铜的最佳反条件.实验中应注意:(1)控制反应温度,温度不宜太高,用小火加热;(2)硫酸溶液加热至接近沸腾时再将铜丝团伸进硫酸溶液中,并且铜丝团应悬在硫酸溶液中央;(3)品红试纸褪成无色后,应立即把铜丝团抽离硫酸溶液终止反应.改进后的实验具有以下优点:(1)整个实验装置简单,气密性良好,即能确保尾气被完全吸收,又避免了溶液倒吸;(2)可移动的铜丝既能灵活地控制反应进程,又可以重复使用,节约了药品;(3)简化了实验步骤,缩短了演示实验的时间.总之,经过探索改进后的实验现象既鲜明,教学效果又明显,不但达到绿色化学与环保的目的,同时还能开拓学生的思维,提高学生分析问题的能力.参考文献:【1】人民教育出版社化学室.全日制普通高级中学教科书(必修)化学嗍.北京:人民教育出版社,2003.【2】北京师范大学无机化学教研室,东北师范大学无机化学教研室.华中师范大学无机化学教研室,等.无机化学实验(第三版)【.北京:高等教育出版社,2001.【3】杨丽君,沙丽丽.铜与浓硫酸反应实验的探究【J】.玉溪师范学院,2005,22(12):43-45.[4]王贵和.中学化学实验研究[M】.贵阳:贵州教育出版社,2oo0.(责任编辑:朱彬)113。