浓硫酸和铜反应的最佳实验效果探究

江宇祯　郭琤

摘 要： 铜和浓硫酸反应实验，不易取得好的效果，硫酸浓度、铜片的大小和反应温度对此实验影响极大。实验过程中生成的黑色物质常影响溶液变蓝的判断，必须对黑色沉淀物的成分进行实验探究。

关键词： 浓硫酸 铜 反应温度 黑色沉淀

1.问题的提出

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：

在试管里加入一小块铜片，然后再加入少量浓硫酸，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，观察溶液颜色。

但在实验时发现：开始加热一会儿后先产生气泡，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，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。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。现对该实验的最佳实验条件和黑色物质成分进行探究，以更好地完成课堂演示实验。

2.浓硫酸与铜反应最佳实验条件探究

（1）硫酸的浓度

将12mol/L、13mol/L、14mol/L、15mol/L、16mol/L、17mol/L、18mol/L的硫酸溶液，分装在七支试管中，分别投入少量的小铜片，依次在酒精灯上加热至沸腾。实验结果见表1。

在加热条件下铜与小于13mol/L的硫酸不反应。这是由于在浓硫酸与铜的反应中，浓硫酸的氧化性随浓硫酸浓度减小而变弱，酸性随浓硫酸浓度减小而增强。与浓度为14～15mol/L以上的硫酸共热产生黑色物质和无色刺激性气体。与16mol/L的硫酸反应速度最快，而与17～18mol/L的硫酸反应速度缓慢。因为铜与高浓度的硫酸（17～18mol/L）作用生成黑色物质，浓硫酸易与黑色物质作用，使它表面形成较密的薄膜，在一定的温度范围内一直存在。阻碍硫酸与铜的反应。

因此，采用浓度为16mol/L左右的硫酸溶液进行此实验，效果最佳。

（2）铜片的大小

往三支蒸馏烧瓶中分别投入表面积大小不同的铜片，再分别加入30ml的16mol/L硫酸溶液，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品红溶液中，观察反应现象，实验结果见表2。

（3）反应的温度

3.浓硫酸与铜反应过程中黑色物质成分的探究

（1）收集沉淀物

按课本要求进行试验，取3mL18.4mol/L浓硫酸和一小块铜片（Cu过量），加热煮沸10min左右，有大量黑色沉淀产生，静置冷却后，倾去上层酸液，把沉淀倒入盛有大量水的烧杯中，多次进行洗涤、静置、过滤，分离出黑色沉淀，留做待用。

（2）黑色沉淀物成分鉴定

黑色沉淀经过多次水洗可知，沉淀中没有可溶性物质存在，接下来可根据物质的特征反应和特殊反应现象做出鉴定，实验结果见表4：

4.硫酸铜的确认

根据实验情况，用以下两种方法，说明有硫酸铜产生。

（1）如果反应后试管里的液体本身就呈铜盐特有的蓝色，就已经可以证明，不必再把液体倒入水中进行观察了。

（2）如果反应后试管里的液体变黑，且有一些白色固体（无水CuSO）产生，则可将试管冷却后，尽可能弃去液体，在留有白色固体的试管里，加少量水使它溶解，溶液便会呈蓝色（CuSO·5HO）。

5.结论

（1）从以上实验探究结果可知，铜与浓硫酸实验的最佳反应条件为：加入的硫酸浓度为16mol/L左右，参与反应的铜片大小应使整个反应体系中浓硫酸的加入量稍过量，并快速加热溶液至沸腾（338℃）。满足以上条件则能够得到大量CuSO，稀释后溶液呈现蓝色，副产物少，不影响观察溶液颜色。缩短反应所需的时间，加快实验进程。

参考文献：

[1]杨丽君，沙丽丽.铜与浓硫酸反应实验的探究[J].玉溪师范学院学报，2011（12）.

[2]杨淑梅.铜与浓硫酸反应黑色沉淀的探究[J].长春师范学院学报，2011（10）.

[3]云玉美，范进，格毕.铜与浓硫酸反应产物的分析[J].内蒙古教育学院学报，2010（Z2）.

[4]王继璋.温度对铜和浓硫酸反应的影响探究[J].化学与教育，2013（9）.