温度对铜和浓硫酸反应的影响探究
2014-05-21 21:01阅读：
温度对铜和浓硫酸反应的影响探究
王继璋
（陕西省西安中学
710018）
摘要
铜和浓硫酸反应在高中化学教学中是一个演示实验，但在实验中经常会出现黑色物质，导致溶液变浑浊，很难观察到蓝色的硫酸铜溶液。从温度对该反应产物、现象的影响角度进行探究，发现可以通过控制反应温度，使反应出现明显的“溶液变蓝色”现象，并且使黑色固体生成的量明显减少。
关键词 铜
浓硫酸
反应温度
黑色固体
蓝色溶液
在演示铜和浓硫酸反应的实验[1]时，经常会出现溶液变为黑色浑浊，并有大量黑色固体产生这种“不期望”的现象发生，使得在课堂上不好解释，是什么原因产生了黑色固体，使得溶液未出
现蓝色？本文从反应温度的探究中发现，反应温度直接影响其产物的形成，黑色固体在较低的温度下产生，较高温度下主要生成硫酸铜和二氧化硫。
1
实验器材和药品
98%浓硫酸、铜片及铜丝、品红溶液、温度计（量程为350℃）、烧杯、试管、酒精灯等。
2
实验探究
按如图1所示装好装置（加热和夹持等装置未画出，并将装置置于通风厨中），小烧杯中加入浓硫酸做浴液，将加有2~3mL浓硫酸的试管插入小烧杯的浓硫酸中，再加入一小块铜片，温度计（已矫正过温度）浸没在试管中的浓硫酸中，垫上石棉网对烧杯加热，观察温度计温度及试管中的变化。实验现象见表1所示。
然后另取1支试管，同样加入2~3mL浓硫酸，用酒精灯小火缓慢加热到温度升至260℃以上时，将如图2所示的铜丝小心插入浓硫酸中，观察试管内的变化，实验现象见表1。
3
结果与讨论
将铜与浓硫酸加热，在温度从室温升至130℃前的这一期间，无明显现象，说明在这期间的温度下，铜与浓硫酸不反应，如表1实验1；但温度继续升高至134℃左右时，铜周围开始有黑色絮状物出现，但此时尚无气体产生，如实验2、3；将实验1~3中试管内物质静置、冷却后，倾倒出上层溶液，用水稀释，几乎无蓝色，说明几乎无硫酸铜生成，下层的黑色固体不溶于水。
继续升高温度，黑色固体产生的速度更快，直到温度升高至158℃，在黑色固体产生的同时有气体生成，且产生的气体能使品红溶液褪色，如实验4；继续升高温度，直到180℃时，气体快速产生，试管内溶液变为黑色浑浊。分别将实验4~6中试管内物质静置、冷却后，倾倒出上层溶液，用水稀释，溶液均呈现蓝色，说明在生成SO2气体的同时有硫酸铜生成，下层的黑色固体不溶于水。
实验1~6表明，黑色固体主要在产生二氧化硫之前的较低温度下生成，那么若果避开较低温度段，待温度升高至能产生二氧化硫的温度时再加入铜片，能否相对减少黑色固体的产生，使溶液变蓝色？
表1
不同温度下铜与浓硫酸反应
实验序号
|
反应温度/℃
|
实验现象
|
1
|
130
|
无明显变化。
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2
|
134
|
开始出现黑色絮状物，产生后下沉，但无气体产生。
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3
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140
|
黑色絮状物继续产生，且速度更快。
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4
|
158
|
黑色固体产生的同时，有气体生成。
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5
|
160
|
气体大量产生，使黑色絮状物浮起。
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6
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180
|
气体放出速度更快，试管内溶液为黑色浑浊。
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7
|
260
|
有大量气体产生，溶液变蓝色，试管底部有一层灰白色固体产生，气体通入品红溶液后，品红褪色。
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8
|
280
|
同上。
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9
|
300
|
同上。
|
换用图2所示的装置,用酒精灯火焰先将试管内浓硫酸加热，待温度升至260℃以上时，将铜丝小心插入到浓硫酸中，溶液迅速变蓝色，铜片表面有大量能使品红溶液褪色的气体产生，试管底部有一层灰白色固体产生，反应完毕，待试管内溶液冷却后，倾倒出上层的蓝色溶液，向试管内固体中加入适量水，发现绝大部分固体溶解（仅有极少的黑色固体未溶解），溶液为蓝色，说明生成的灰白色固体绝大部分是CuSO4固体，如表1实验7所示。继续将温度升高至280℃、300℃，用实验7同样的操作，得到相同的结果，如实验8、9。
所以，先将浓硫酸的温度升高至260℃以上后，再加入铜与之反应，可有效减少黑色固体的形成，使实验现象明显，演示效果良好。
参 考
文
献
[1] 宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书：化学1（必修）.北京：人民教育出版社，2007：101
本篇论文已发表于《化学教育》2013年第9期
