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铜和浓硫酸反应实验的探究  

2017-12-12 16:27:50|  分类: 问题与探索 |  标签: |举报 |字号 订阅

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铜和浓硫酸反应实验的探究

 

宋志贵

 

 要:针对中学化学教学中铜和浓硫酸反应的实验出现的问题,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,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4-6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:能否实验出现的现象和教材书写的化学方程式一致呢?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:

         

    543K以上上述反应发生的同时,也会发生副反应生成副产物如CuOCu2SS,但这些副产物都能和过量的浓硫酸在较高温度下反应最终生成CuSO4SO2

    温度在403K~443K时主要发生的反应为:

     

从以上铜和浓硫酸反应的文献可以看出,铜和浓硫酸在加热条件下发生反应产生的现象取决于反应的温度和浓硫酸与铜的量。温度高于543K、浓硫酸过量、铜少量,则可以出现较理想的现象。事实到底如何呢?

(二)铜和浓硫酸反应的实验探究

根据铜和浓硫酸反应的文献资料,我们对铜和浓硫酸反应进行实验,为了让铜和浓硫酸在543K以上、浓硫酸过量时发生反应,我们把铜片更换为可以调节与浓硫酸接触的铜丝,实验装置如图1

      

    

 

 

 

                               

试管中加入2mL的浓硫酸,实验开始时铜丝与浓硫酸脱离,先对浓硫酸加热至液体微沸,然后将铜丝插入微沸的浓硫酸中,继续加热,观察实验现象。当品红试纸褪色时停止加热,迅速再将铜丝抽出一段脱离硫酸。

实验中我们看到,时间不久溶液即变为淡蓝色,这时溶液中也没有出现明显的浑浊现象,但是继续加热当反应进行到湿润的品红试纸褪色时,溶液中蓝色却消失,溶液几乎成为无色,液体中出现了浑浊,有不溶物产生。

实验结束后取产生的不溶物进行实验,发现不溶物加水能溶解得到蓝色的溶液,这说明析出的不溶物主要为硫酸铜。析出硫酸铜的原因可能是在加热反应的过程中水不断被蒸发,开始时少量水溶解的硫酸铜析出并在浓硫酸的作用下脱水,蓝色消失。

基于上面的考虑,我们设计了下面的实验方法以减少水的蒸发,期望能得到理想的实验结果,实验装置如图2。按下述装置进行实验,实验操作和上面相同,长导管起到对水蒸气冷凝的作用,试管竖直放置目的是让冷凝的水回流到试管中。

 

 

 

 

    

 

 

 

 

加热至铜和浓硫酸反应使品红试纸褪色,这时溶液呈现淡蓝色,有少许的不溶物出现,停止加热,溶液的蓝色变深,仍有不溶物存在。对不溶物进行检验证明仍然是硫酸铜。按照这样的方法进行铜和浓硫酸反应的实验,虽然实验现象有较大的改善,但还没有完全避免沉淀物的产生。

为了铜和浓硫酸能发生反应又使生成的硫酸铜能溶解在浓硫酸含有的水中不析出,我们利用图2所示装置,改变硫酸的浓度进行实验,加热反应至品红试纸褪色时的实验结果如下表1,时间是指铜丝插入浓硫酸中加热反应的时间:

 

                                                                      

                                                              

                                                               

由实验结果可以看出,按照图2的装置的实验方法,铜和浓硫酸反应控制硫酸的浓度75%左右实验现象较理想,所需的时间也较合适。

三、总结

通过对铜和浓硫酸反应的文献查阅和实验研究,我们可以总结如下:

铜和浓硫酸反应控制在较高的温度(543K以上)进行,发生的主要反应才是中学教材中书写的反应,在较低温度下反应产物较复杂。

硫酸的浓度一般在70%以上才能在加热条件下与铜发生反应,70%以下的硫酸和铜不发生反应,中学化学中铜和浓硫酸反应硫酸适宜浓度应为75%左右。

溶液中含有一定量的水是中学化学中铜和浓硫酸反应产生理想现象的重要条件,否则会在实验的过程中溶液蓝色消失析出不溶物硫酸铜产生浑浊。

因此,在中学化学教学中进行铜和浓硫酸反应的实验时,应选择适宜浓度的硫酸,要注意控制较高的温度,并减少水的蒸发,这样才能获得理想的实验现象。  

 

参考文献:

[1]普通高中课程标准实验教科书?化学1[M].南京江苏凤凰教育出版社,2014第6版,92

[2]中学化学基础与拓展[M].武汉华中理工大学出版社,1999第1版,44

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