浓硫酸与铜反应的教案设计

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。

铜与浓硫酸反应实验的绿色化设计

铜与浓硫酸反应的实验是苏教版高中化学教材必修1中的一个重要演示实验。但根据课本中的实验操作，存在以下缺点：（1）so2易溶于水，在停止加热时，很有可能产生倒吸现象，致使反应的试管炸裂，而且反应物为浓硫酸，泄露会对师生产生威胁，具有安全隐患。（2）用铜片和浓硫酸反应，加热时反应进程较难控制。（3）实验装置过于复杂，不利于操作。（4）拆卸装置时仍会有部分so2泄露，不能实现实验的绿色化。所以我们通过多次的实验与探究对该实验进行了如下的绿色化设计。

一、实验用品

仪器：具支试管、玻璃管、橡皮塞、铁架台（带铁夹）、酒精灯、干燥管、棉花、滤纸、小气球、注射器。

药品：浓硫酸、铜丝、品红试剂、蓝色石蕊试纸、蒸馏水、naoh溶液。

二、实验装置（铁架台略）

三、实验步骤

1.按图连接装置。干燥管内放一团蘸过氢氧化钠溶液的棉花，细管口处也有，粗管口放一条湿润的蓝色石蕊试纸。具支试管中的玻璃管上贴一条湿润的品红试纸，向具支试管中加入浓硫酸（约2ml），下端绕成螺旋状的铜丝处在浓硫酸液面上，用带铁夹的铁架台固定。

2.加热具支试管中的浓硫酸至接近沸腾，当看到试管中产生白雾并伴有气泡产生时，撤离酒精灯，迅速把螺旋状铜丝伸入浓硫酸中，反应立即发生，观察现象。

3.很快看到具支试管中贴在玻璃管上湿润的品红试纸褪色，随之干燥管粗管口端的蓝色湿润石蕊试纸也变红，此时立即将铜丝抽离反应液面，使反应终止，观察到反应后溶液是蓝绿色，几乎没有黑色，试管底部有白色固体产生。

4.将注射器的针头插入具支试管上端的橡皮管，慢慢注入温水，使温水通过玻璃管流入到反应溶液中从而稀释为蓝色溶液。

四、实验注意事项

1.在加热浓硫酸时，螺旋状铜丝不要伸入到浓硫酸中，要处在浓硫酸液面之上。

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2mL

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

+2H20

。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

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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：

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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。 博学笃行 自强不息