探究铜片与浓硫酸的反应
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【实验探究】铜片与浓硫酸的反应
【提出问题】
在试管中加入一块铜片，注入少量浓硫酸，加热片刻，发现未反应完的铜表面生成了黑色的不溶物，试管底部还有少量的灰黑色的沉淀。现就该灰黑色沉淀的成分进行实验分析。
【收集资料】
一． 对于简单反应的热力学分析
Cu与浓H2SO4的反应，如果有CuO、Cu2O、CuS、Cu2S生成，则可能有下列反应发生：
①Cu+H2SO4==CuO+SO2↑+H2O
②2Cu+H2SO4==Cu2O+SO2↑+H2O
③2Cu+2H2SO4==2CuS+2H2O+3O2 ↑
④4Cu+2H2SO4==2Cu2S+2H2O+3O2↑
二．对于耦合反应的热力学分析
表面看反应中Cu2S与CuS不能生成，但反应③④均有氧气产生，且浓硫酸加热即有氧气产生，而反应实际中，体系释放出的氧气又很少，那么，下列反应在体系中一定发生(产物与①②相同)
⑤2Cu+O2==2CuO ΔG=-258.8
⑥4Cu+O2==2Cu2O ΔG=-301
按照反应的耦合观点分析，则Cu2S、CuS可以产生。把非自发的反应③④与自发的反应⑤⑥进行耦合，则有下列结果：
反应③+3×⑤
⑦ 8Cu+2H2SO4==2CuS+6CuO+2H2O
反应④+3×⑤：
⑧10Cu+2H2SO4==2Cu2S+6CuO+2H2O
反应③+3×⑥：
⑨14Cu+2H2SO4==2CuS+6Cu2O+2H2O
反应④+3×⑥：
⑩16Cu+2H2SO4==2Cu2S+6Cu2O+2H2O
三．由耦合反应的热力学分析结果可知：
(1)根据反应的计量关系，在参加反应的浓硫酸量均相同的情况下，这四个反应中，反应⑩的ΔG负值最大，且反应掉的铜最多。因此，首先产生的黑色物质应是黑色的Cu2S与被黑色掩蔽的棕红色的Cu2O的混合物。
(2)四个耦合反应的ΔG的顺序差值(如-169.48与-104.08的差值)均略大于60kJ·mol-1。在反应⑩的反应趋势相当大的情况下，⑨只能在反应进行到一定程度后发生，⑧的ΔG是负值，反应可发生，但因有⑩、⑨的制约，不太容易，⑦则不能发生。
因此，体系中的黑色物质主要是Cu2S与Cu2O的混合物。
【做出猜想】
黑色不溶物和灰黑色沉淀是Cu2S和Cu2O的混合物
【实验药品与器材】
试管，酒精灯，铁架台，玻璃棒，滤纸，小烧杯；铜片，浓硫酸，氰化钾溶液，亚硝酰铁氰化钠溶液，浓氨水，蒸馏水
【设计实验】
1. 仔细观察铜与浓硫酸的反应； 2. 停止反应后，将铜片取出，用少许水洗涤；
3. 向步骤2中黑色未溶物中加入氰化钾溶液，待全部溶解后向此溶液中加入亚硝酰铁氰化钠溶液；
4. 取少量步骤1中清液，加水稀释，观察颜色变化，再加入浓氨水。
【记录实验现象】
1.
2.
3.
4.
（标准现象：
1. 开始给试管中的铜与浓硫酸加热时无现象。反应是在有气泡产生，随之铜片表面变黑时开始的。当大量气泡产生，体系达沸腾后，铜片表面的黑色物质不断脱落，并在沸腾的溶液中由大到小，铜片表面继续变黑。停止加热，铜片上仍有黑色物质附着，试管底部有黑白相间的固体，溶液并无明显的蓝色。
2. 洗液呈明显蓝色，铜片上黑色物质减少，但不能完全溶解。
3. 溶液显紫色。
4. 有[Cu(NH3)4]2+的蓝色出现。）
【结论】
1.
2.
3.
4.
综上：
（结论：
1. 铜与浓硫酸的反应中有单质硫生成。
2. 黑色物质部分溶于稀硫酸，即有Cu2O或CuO存在。
3. 黑色物质是Cu2S或CuS。
4. 铜与浓硫酸的反应，体系中游离的Cu2+不多。
综上：黑色不溶物和灰黑色沉淀是Cu2S和Cu2O的混合物）
