浓硫酸与铜反应的实验探究
浓硫酸与铜反应的实验探究
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。
浓硫酸与铜反应的教案设计
浓硫酸与铜反应的教案设计
一、教学目标
1.了解浓硫酸与铜反应的化学方程式和反应机理；
2.掌握实验操作的基本技能，包括配制溶液、装置实验装置、观察实验现象等；
3.学会通过观察和实验数据分析，确定反应类型和反应物质的变化；
4.培养学生的实验思维能力和科学态度，提高实验技能水平。
二、教学重点和难点
重点：浓硫酸与铜反应的化学方程式和观察实验现象。
难点：根据观察实验现象，确定反应类型和反应物质的变化。
三、教学准备
实验器材：硫酸、铜片、试管、烧杯、玻璃棒、滴管等。
实验药品：浓硫酸、铜片。
四、教学过程
1.导入（5分钟）
通过展示一个装有铜片的试管，引起学生的兴趣。提问：你们知道铜和浓硫酸会发生什么样的反应吗？请简单预测。
2.实验操作（15分钟）
1)实验前准备：根据班级人数配制足够的浓硫酸溶液。
2)实验操作步骤：
a)取一个空的试管，并在试管底部放入一小块铜片。
b)将试管倾斜放入烧杯中，以避免溶液溢出。
c)使用滴管将浓硫酸缓缓倒入试管中，直至试管内的铜片完全浸没在硫酸中。
3.观察实验现象（10分钟）
a)观察铜片在浓硫酸中的变化。
b)观察试管内是否有气体产生。
c)观察溶液的颜色和浓度的变化。
d)记录实验结果。
4.数据分析（15分钟）
根据实验观察结果分析，回答以下问题：
a)该反应是一种什么类型的反应？对应的化学方程式是什么？
b)反应中有哪些物质发生了变化？
c)为什么在反应过程中会有气体产生？
5.总结归纳（10分钟）
由学生或教师总结归纳本次实验的观察结果和实验结论，并将实验结论根据实验现象和反应机理进行解释。
铜与浓硫酸的反应探究(旧人教版必修1)
防▲止同品消时红除，溶导液二管倒氧与吸大。化气硫连通污，染恰好可以
最后，还能从导管鼓入空气，赶出 装置中的二氧化硫，消除污染。
四、实验创新和改进
五、实验过程
第一步 连接装置，从导管鼓入空气，检查 装置的气密性。
第二步 用移液管从导管注入浓硫酸。
第三步 先预热试管, 然后集中加热试管底 部，直到品红溶液褪色。
2、实验中 容易发生品 红溶液倒吸
1、3检、查实气验密产性生的 后二还氧得化拆硫开排装空，
置污加染浓环硫境酸
三、设计思路
▲针能不对否拆以在上检开不 查装足 气， 密置我 性加一 后直 ，浓在 不硫思 拆考开酸：装置
加药品呢？
导▲管于：防是不止，仅我能品想通红到过了导溶在管液试加管浓倒中硫吸增酸加，一而根且
同时，导管与大气连通防止倒吸，反 应后再次鼓入空气，赶出装置中的二氧化 硫，消除污染。充分发挥了导管的作用。
求：（1）参加反应的锌的质量 （2）气体中各组分的体积比
铜与浓硫酸创新实验
一、本实验在高中化学中的地位
在高中化学中，这是一个非常重要 的实验。
做好本实验，能让学生认识浓硫酸 的强氧化性，证明不活泼金属同样可以 与酸反应，加深对氧化还原反应的理解。
二、原教材实验的不足
这是高中化学必修Ⅰ第101页，原实 验装置图，该实验存在以下三个不足。
某实验小组同学为了探究铜与浓硫酸的反应[定稿]
![某实验小组同学为了探究铜与浓硫酸的反应[定稿]](https://img.taocdn.com/s3/m/e3e470d4951ea76e58fafab069dc5022aaea4618.png)
某实验小组同学为了探究铜与浓硫酸的反应[定稿]
第一篇：某实验小组同学为了探究铜与浓硫酸的反应[定稿] 某实验小组同学为了探究铜与浓硫酸的反应，进行了如下系列实验。
【实验1】铜与浓硫酸反应，实验装置如图所示。
实验步骤：
①先连接好装置，检验气密性，加入试剂；
②加热A试管直到B中品红褪色，熄灭酒精灯；
③将Cu丝上提离开液面。
（1）装置A中发生反应的化学方程式为_________________。
（2）熄灭酒精灯后，因为有导管D的存在，B中的液体不会倒吸，其原因是____________。
（3）拆除装置前，不需打开胶塞，就可使装置中残留气体完全被吸收，应当采取的操作是________________________。
【实验2】实验中发现试管内除了产生白色固体外，在铜丝表面还产生黑色固体甲，其中可能含有氧化铜、硫化铜、硫化亚铜，以及被掩蔽的氧化亚铜。
查阅资料：
①氧化亚铜在酸性环境下会发生自身氧化还原反应生成Cu2+和铜单质，在氧气流中煅烧，可以转化为氧化铜。
②硫化铜和硫化亚铜常温下都不溶于稀盐酸，在氧气流中煅烧，硫化铜和硫化亚铜都转化为氧化铜和二氧化硫。
为了研究甲的成分，该小组同学在收集到足够量的固体甲后，进行了如图所示的实验：
（4）②中检验滤渣是否洗涤干净的实验方法是___________。
（5）③中在煅烧过程中一定发生的反应的化学方程式为_____________________。
（6）下列对于固体甲的成分的判断中，正确的是（填字母选项）____________。
A．固体甲中，CuS和Cu2S不能同时存在B．固体甲中，CuO和Cu2O至少有一种
浓硫酸与铜反应的现象
浓硫酸与铜反应的现象
硫酸是一种重要的化学品，广泛应用于工业领域。而铜则是一种常见的金属元素，其在机械、电子、建筑等领域都有着重要的应用。当浓硫酸与铜发生反应时，会产生一系列有趣的化学现象。本文将围绕这一主题，探讨浓硫酸与铜反应的过程、机理以及相关的实验现象。
一、浓硫酸与铜反应的过程
浓硫酸与铜反应的化学方程式为：H2SO4 + Cu → CuSO4 + H2↑。从方程式中可以看出，反应的产物为铜(II) 离子和氢气。这意
味着在反应过程中，铜原子会失去电子，被氧化成铜离子，而硫酸分子则会被还原成硫酸根离子。同时，由于反应产生的氢气是一种易燃气体，因此在进行实验时需要特别注意安全。
二、浓硫酸与铜反应的机理
浓硫酸与铜反应的机理可以分为两个步骤。
第一步，硫酸分子中的一个氢离子会被铜原子的表面吸附，形成一个水合离子：
H2SO4 + Cu → CuSO4 + H2O + H+
第二步，水合离子中的氢离子会与铜原子表面的电子发生反应，将铜离子还原成铜原子并释放出氢气：
H+ + e- + Cu2+ → Cu + H+
这两个步骤的反应速率都很快，因此整个反应过程可以迅速进行。
三、浓硫酸与铜反应的实验现象
在实验中，当浓硫酸与铜反应时，会产生一系列有趣的现象。首
先，反应开始时，铜表面会发生黑色的变化，这是由于硫酸分子中的氢离子与铜原子表面相互作用，形成了铜离子和硫酸根离子。然后，铜表面逐渐变成红棕色，这是由于铜原子被还原成了金属铜。最后，反应产生的氢气会在溶液中形成气泡，这是由于氢气比空气轻，因此会向上升腾，形成气泡。
高中化学探究课：探究铜与浓硫酸的反应
高中化学探究课：探究铜与浓硫酸的反应
林绮玲
汕头市第一中学
一、背景
人民教育出版社出版的《普通高中课程标准实验教科书化学•必修①》第四章第四节中的实验4—8，演示铜与浓硫酸的反应实验时，依着实验步骤，将铜片加入浓硫酸中并加热之，结果看到有使品红溶液褪色的气体生成，但并没有看见蓝色的Cu2+出现，反而出现了黑色的固体颗粒，依照课本的反应方程式，产物应该是CuSO4、SO2、H2O，该黑色产物究竟是什么，引起了我们探究的兴趣。二、目的和意义
目的：探究铜与浓硫酸反应的产物。
意义：通过铜与浓硫酸反应产物的探究，增强对氧化还原反应、铜与硫酸反应的了解；通过对已知到未知，再从未知到已知，扩展学生的视野，养成务实求真、勇于创新、积极实践的科学态度。三、教学模式
问题发现—实验探究。
四、教学过程
（一）准备阶段
1．教师提出问题。
提前一节课，教师演示铜与浓硫酸的反应，要求学生观察实验现象，学生清楚地观察到有异常的黑色固体物质生成。
2．教师引导学生，该黑色固体物质究竟是什么？怎样检验？怎样才能避免黑色固体物质产生？怎样通过实验进行探究？
教师点拨学生根据化学实验的目的、要求，运用有关的化学知识和基本的实验操作技能，对实验的仪器、药品、装置、步骤等进行设想和规划，要求各小组提出一个合理的实验方案。
3．学生成立课题小组。
班级分成2个大组，每组再细分为5个小组，各小组推选一名组长。第一大组探究如何避免黑色固体物质产生；第二大组探究温度与反应产物的关系及黑色固体物质的成分。
4．学生设计探究实验方案。
由各组长主持，学生课余分小组讨论，查阅资料、设计方案。其方案包括研究的问题、对所研究的问题提出的假设、实验研究计划（包括实验目的、实验原理、实验用品、实验装置、实验步骤和研究方法、小组成员分工情况等内容）。
沪教版高中化学高一下册-5.3 浓硫酸和铜反应及二氧化硫性质的实验探究 课件(共20张PPT)
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过程与方法
通过对实验方案的改进，调动学生参与教学过程 的主体积极性，提高学习兴趣和改进学习方法
2
进一步理解化学实验方案设计的
一般思路和基本方法
3
情感、态度、价值观
1.在实验研究设计过程中，激发学生的学习兴趣， 形成严谨求实、勇于创新的科学品质
2
2.强化环保意识，设计实验应尽可
3
能绿色化
教学重点 难点 重点 设计出合理的实验探究方案
学法指导
总结归纳 交流评价
设计方案 参与讨论 合作探究
实验内容设计
设计实验探究方案：证明浓硫酸与铜反应 的条件、产物及气体产物的主要性质
实验方法改进
3
教学过程设计
展示方案 交流评价
创设情境 导入新课
设置问题 查找缺陷
协作指导 设计方案
设置问题，查找缺陷
放出的气体通入品红溶液或紫色石蕊试液
实验分多步进行
尾气泄漏明显
3
教学过程设计
展示方案 交流评价
提示：SO2的化学性质不但有酸性、
漂白性同时还有氧化性和还原性
创设情境 设置问题 导入新课 查找缺陷
协作指导 设计方案
展示方案，交流评价
浓硫酸与铜反应条件的对比
改用80%的硫酸溶 液；硫酸溶液加热 至微沸，再将铜丝 伸入硫酸溶液中
★全封闭连续演示实验装置
浓硫酸与铜反应
黑色固体
铜的化合物
浓硫酸表现出强氧化性
灰白色固体
CuSO4？
设计方案来检验灰白色固体是否为CuSO4
检验结果： 灰白色固体为CuSO4
灰白色固体
CuSO4
浓硫酸表现出吸水性
探究二 90％浓硫酸与铜的反应
现象思考
结论
相同点
铜片溶解，有气泡 铜与98％浓硫酸
产生，品红试纸褪 和90％浓硫酸反
色；溶液变蓝
课本描述如下：ห้องสมุดไป่ตู้
浓硫酸与铜在加热时能发生反应，放出能 使紫色石蕊试液变红或使品红溶液褪色的 气体。反应后生产物的水溶液显蓝色。说 明铜与浓硫酸反应时被氧化成了Cu2+
探究一 98％浓硫酸与铜片的反应
实验设计
玻
进行实验，
璃
填写表一；
导 管
每小组选一
名代表准备
汇报实验结
果。
蘸有品红试 液的滤纸
98%H2SO4
Cu片
NaOH溶液
探究一 98％浓硫酸与铜片的反应
实验现象
结论或猜想
气
铜片表面产生气泡， 产生了SO2气体， 湿润的品红试纸逐渐 SO2具有漂白性
褪色。
液 溶液变成蓝色
有Cu2＋产生
加热后铜片变黑，有黑色固 黑色固体？
固 体从铜片表面脱落，溶液变
浑浊，停止加热静置后，试 管底部有较多灰白色固体
浓硫酸与铜反应的现象
浓硫酸与铜反应的现象
硫酸是一种强酸，其浓度越高，其腐蚀性也就越强。而铜是一种质地柔软的金属，具有良好的导电性和导热性。两者相遇会产生怎样的化学反应呢？
当浓硫酸与铜接触时，首先会出现铜表面的氧化反应。铜的表面会被氧化成黑色的氧化铜。这个反应的化学方程式为：Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O
这个反应的产物有硫酸铜、二氧化硫和水。其中，硫酸铜为蓝色固体，二氧化硫为无色、有刺激性气体，水则是无色、透明的液体。
硫酸铜的颜色非常鲜艳，因此在实验室中，人们往往会用这个反应来证明硫酸的浓度。如果硫酸浓度越高，产生的硫酸铜颜色越深；反之，如果硫酸浓度越低，产生的硫酸铜颜色越浅。
不过，这个反应还有一个问题，那就是它会产生有毒的二氧化硫气体。因此，在实验室中，人们通常会在反应中加入一些氧化剂，如过氧化氢或高锰酸钾，以促进铜的氧化反应，同时也可以将二氧化硫气体氧化成无害的三氧化硫。
除了在实验室中使用之外，浓硫酸与铜的反应在日常生活中也有一些应用。例如，我们可以用这个反应来清洗铜器。只需要将铜器浸泡在浓硫酸中，铜表面的氧化反应就会将铜表面的氧化物清除掉，使铜器焕然一新。不过，在进行这个反应时，一定要注意安全，避免硫酸溅到皮肤或眼睛中，以免造成伤害。
总之，浓硫酸与铜的反应是一种常见的化学反应，它可以用来证明硫酸的浓度，也可以用来清洗铜器。不过，由于这个反应产生的二氧化硫气体有毒，因此在实验室中必须加入氧化剂，同时也要注意安全。
探究铜片与浓硫酸的反应
【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
⑦8Cu+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。
铜与浓硫酸反应实验现象的探究与分析
铜与浓硫酸反应实验现象的探究与分析
引言：
铜是一种常见的金属元素，而浓硫酸是一种强酸。对铜与浓硫酸的反
应进行实验，可以观察到一系列的反应现象。本文将探究铜与浓硫酸反应
的实验现象，并对其进行分析。
实验材料与方法：
实验材料：铜片、浓硫酸、试管、酒精灯、玻璃棒等。
实验方法：
1.将一块铜片放入试管中；
2.将一定量的浓硫酸添加到试管中，确保完全覆盖铜片；
3.观察反应现象并记录。
实验现象：
1.硫酸的变化：浓硫酸是一种无色液体，但在与铜反应后会出现变化。观察可发现，起初的浓硫酸逐渐变为深蓝色或浅蓝色。这是因为铜与硫酸
反应生成了硫酸铜，导致溶液颜色变化。
2.产生气体：在铜与浓硫酸反应的过程中，可以观察到气泡产生。这
是因为铜与硫酸反应生成了氢气。氢气一般是无色无味的，用酒精灯的火
焰进行点燃，其会发出“呼呼”声并燃烧。
3.产生热量：观察可发现，铜片与浓硫酸反应时会发热。这是因为铜
与硫酸反应是一个放热反应，反应过程中释放出热量。
4.产生溶液：在铜与浓硫酸反应的过程中，可以观察到铜片逐渐溶解在溶液中，并且观察到溶液的体积逐渐增大。这是因为铜与浓硫酸反应生成了硫酸铜，使得溶液中溶质的体积增加。
5.反应结束：当铜片完全消耗后，反应会停止。此时，溶液中的溶质浓度不再改变，并且铜片完全溶解。
分析：
Cu+2H2SO4->CuSO4+2H2O+SO2↑
反应过程可以分为以下几个步骤：
1.铜片表面生成一层氧化铜膜：浓硫酸是一种强氧化剂，与铜金属直接接触后会使铜金属表面发生氧化反应，生成一层氧化铜膜。这层氧化铜膜起到了保护铜片不被进一步腐蚀的作用。
铜与浓硫酸的反应探究课件
该反应中，浓硫酸起到了氧化剂 的作用，铜起到了还原剂的作用。
反应过程中，浓硫酸的浓度逐渐 降低，这是因为一部分硫酸与铜
反应消耗了硫酸。
对实验的反思与建议
在实验过程中，应注意安全问题，如 佩戴防护眼镜、实验服等。
在实验过程中，应控制好加热温度和 时间，避免因温度过高或时间过长导 致铜与浓硫酸反应过于剧烈而发生意 外。
在常温下，铜与空气中的氧气反 应，表面会形成一层氧化铜薄膜，
阻止内部的铜继续被氧化。
在加热条件下，铜能够与许多非 金属元素反应，如氯气、氧气等。
浓硫酸的化学性质
浓硫酸是一种强酸，具有酸的通性，能够与金属反应生成相应的金属盐和氢气。 浓硫酸具有强氧化性，能够与许多金属反应，如铁、铝等。
浓硫酸具有脱水性，能够使有机物脱水生成炭和水。
总结词：严谨分析
详细描述：我们对实验过程中收集的数据进行了严谨的处理和分析，包括对温度、压力、颜色变化等 数据的测量和记录。通过对比实验前后的数据变化，我们得出了铜与浓硫酸反应的速率常数和反应热 等关键参数。
结果讨论与解释
总结词：科学解释
详细描述：基于实验结果和数据分析，我们对铜与浓硫酸反应的机理进行了深入的讨论和解释。我们发现，该反应是一个典 型的酸碱中和反应，其中浓硫酸作为酸，铜作为碱，二者发生中和反应生成硫酸铜和水。通过对比不同温度和浓度的实验结 果，我们对反应机理有了更深入的理解。
浓硫酸与铜的反应方程
浓硫酸与铜的反应方程
一、引言
在化学实验中，我们经常会遇到各种化学反应。浓硫酸与铜的反应是其中一种常见的反应。本文将详细探讨浓硫酸与铜的反应方程。
二、实验过程
在进行浓硫酸与铜的反应实验时，我们需要准备以下材料和设备：
1.浓硫酸
2.铜片
3.锥形瓶
4.加热装置
实验步骤如下：
1.将适量浓硫酸倒入锥形瓶中，注意要小心操作，避免接触皮肤和眼睛。
2.将铜片放入浓硫酸中。
3.开启加热装置，对反应瓶进行加热，观察反应过程。
4.观察完毕后，关闭加热装置，将反应停止。
三、反应机理
浓硫酸与铜的反应是一种置换反应，其反应机理如下：
1.首先，硫酸中的H+离子与铜金属发生反应，生成二价正离子Cu2+和硫酸根
根离子SO4-。
2.硫酸根根离子SO4-会进一步与铜金属发生反应，生成硫酸铜溶液。
3.反应过程中会伴随着气体的产生，即二氧化硫气体SO2的生成。
四、反应方程
根据反应机理，我们可以得出浓硫酸与铜的反应方程如下：
Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O
五、实验结果与讨论
通过进行实验，我们可以观察到以下现象：
1.反应瓶内的液体逐渐变为蓝绿色，表明生成了硫酸铜溶液。
2.反应过程中会产生气泡，并伴随着气体的释放，这是二氧化硫气体的产生。该实验的结果与理论推导相符，验证了反应方程的正确性。
六、应用与意义
浓硫酸与铜的反应在化学实验中有着重要的应用与意义：
1.教学实验：此实验常用于教学中，通过观察反应过程和结果，使学生更好地
理解置换反应和反应机理。
2.实际应用：浓硫酸与铜的反应可以用于制备硫酸铜溶液，该溶液在冶金、化
铜与浓硫酸反应的各种现象及其原因
铜与浓硫酸反应的各种现象及其原因
答铜逐渐溶解,有气泡生成,产生的气体能使紫色石蕊变红或品红溶液褪色.溶液冷却后稀释呈蓝色.
说明:实际铜与浓硫酸反应现象非常复杂,至今学术界仍在讨论.对于中学生来说,掌握上面叙述就完全可以了.如果感兴趣,可以阅读下面内容(警告:对高考来说全无用处)
铜与浓硫酸反应实验现象的探究与分析
[摘要]铜与浓硫酸共热反应因两者的量不同，反应时的最终现象不同。若浓硫酸过量时，主要现象有：铜表面先变黑，形成黑色浊液，随后又变成白色浊液。铜全部反应完后，静置，灰白色物质沉于管底，所得溶液呈淡蓝色，冷却至室温呈无色。反应中还伴有白色烟雾，并有淡黄色物质冷凝在管壁。若铜过量，最终得灰白色固体物质。由此说明铜与浓硫酸共热的反应是很复杂的，且反应后所得溶液颜色随温度变化而变化。
[关键词] 铜浓硫酸共热反应现象原因
高一新教材P131页关于铜与浓硫酸反应的实验叙述是这样的：“实验表明，浓硫酸与铜在加热时能发生反应，放出能使紫色石蕊试液变
红或使品红溶液褪色的气体，反应后生成物的水溶液显蓝色。说明铜与浓硫酸反应时被氧化为Cu2+”。
然而该实验的现象并非这么简单，且实验有两种情况：
一种情况是浓硫酸过量。用下列“实验装置图1”（固定仪器和加热酒精灯均未画出）来完成此实验。其实验现象有（按实验进程）：铜与冷的浓硫酸不发生反应，加热时随浓硫酸温度升高铜丝（或铜片）表面变黑，产生气泡，细小黑色颗粒状物质从铜丝（或铜片）表面进入浓硫酸中，形成黑色的悬浊液。随着加热温度继续升高（至沸腾），黑色颗粒状物质与浓硫酸反应，转变成细小灰白色的颗粒状物质，随浓硫酸一起翻滚。在此过程中试管里还产生了大量的白色烟雾，起初部分烟雾在试管上部内壁冷凝析出淡黄色固体物质。在持续加热浓硫酸（沸腾）时，淡黄色固体物质又慢慢消失了。此间导气管导出的气体分别使紫色石蕊试液变红，使品红溶液和KMnO4溶液褪色。当铜全部反应后，停止加热静置时，试管内的烟雾也随之慢慢消失了，试管中的液体呈浅蓝色，管底沉积的固体物质呈灰白色。继续冷却试管时，溶液颜色慢慢变浅，至室温时几乎无色。将此无色溶液注入盛有少量水的试管中，所得溶液变为浅蓝色。再向残留有灰白色固体的试管中滴加少量蒸馏水时，所得溶液呈蓝色，试管底部未溶固体的上层部分呈蓝色，下层仍为灰白色（久置时可变为蓝色）。
铜与浓硫酸反应实验现象的探究与分析
铜与浓硫酸反应实验现象的探究与分析
［摘要]铜与浓硫酸共热反应因两者的量不同，反应时的最终现象不同。若浓硫酸过量时，主要现象有：铜表面先变黑，形成黑色浊液，随后又变成白色浊液。铜全部反应完后，静置，灰白色物质沉于管底，所得溶液呈淡蓝色，冷却至室温呈无色.反应中还伴有白色烟雾，并有淡黄色物质冷凝在管壁。若铜过量，最终得灰白色固体物质。由此说明铜与浓硫酸共热的反应是很复杂的，且反应后所得溶液颜色随温度变化而变化。
高一新教材P131页关于铜与浓硫酸反应的实验叙述是这样的：“实验表明，浓硫酸与铜在加热时能发生反应,放出能使紫色石蕊试液变红或使品红溶液褪色的气体，反应后生成物的水溶液显蓝色。说明铜与浓硫酸反应时被氧化为Cu2+”.
然而该实验的现象并非这么简单，且实验有两种情况：
一种情况是浓硫酸过量。用下列“实验装置图1"（固定仪器和加热酒精灯均未画出）来完成此实验。其实验现象有（按实验进程）：铜与冷的浓硫酸不发生反应，加热时随浓硫酸温度升高铜丝（或铜片）表面变黑，产生气泡，细小黑色颗粒状物质从铜丝（或铜片）表面进入浓硫酸中，形成黑色的悬浊液。随着加热温度继续升高（至沸腾），黑色颗粒状物质与浓硫酸反应，转变成细小灰白色的颗粒状物质，随浓硫酸一起翻滚。在此过程中试管里还产生了大量的白色烟雾，起初部分烟雾在试管上部内壁冷凝析出淡黄色固体物质。在持续加热浓硫酸(沸腾)时，淡黄色固体物质又慢慢消失了。此间导气管导出的气体分别使紫色石蕊试液变红,使品红溶液和KMnO4溶液褪色。当铜全部反应后,停止加热静置时，试管内的烟雾也随之慢慢消失了，试管中的液体呈浅蓝色,管底沉积的固体物质呈灰白色。继续冷却试管时，溶液颜色慢慢变浅，至室温时几乎无色。将此无色溶液注入盛有少量水的试管中，所得溶液变为浅蓝色。再向残留有灰白色固体的试管中滴加少量蒸馏水时，所得溶液呈蓝色，试管底部未溶固体的上层部分呈蓝色,下层仍为灰白色(久置时可变为蓝色）。
铜与浓硫酸反应(2023-3-6)
铜与浓硫酸反应（2023-3-6）
一、实验题
1．某同学做浓硫酸与铜反应的实验，观察到铜片表面变黑，于是对A 中所得部分生成物进行实验探究。
实验1：用如图装置(加热和夹持仪器已略去)完成铜片与浓硫酸反应实验，记录现象。 操作 现象
加热至
120~250C ︒
铜片表面变黑，有大量气体产生，形成墨绿色浊液 继续加热至338C ︒
铜片上黑色消失，瓶中出现“白雾”，溶液略带蓝色，瓶底部有较多灰白色沉
淀 (1)仪器a 的名称_________________________。
(2)装置B 的作用是________________，装置C
中盛放的试剂是________________。
(3)A 装置反应所得盐类物质主要成分为硫酸
铜，生成硫酸铜的化学反应方程式为
______________________，证明有硫酸铜生成
的实验操作及现象是__________________。
实验2：探究实验1中120~250C ︒时所得黑色固体的成分。
【提出猜想】黑色固体中可能含有CuO 、CuS 、2Cu S 中的一种或几种。
【查阅资料】①CuS 、2Cu S 不溶于稀硫酸。
①亚铁氰化钾[]46K Fe(CN)是2Cu +的灵敏检测剂，向含有2Cu +的溶液中滴加亚铁氰化钾溶液，生成红棕色沉淀。
【实验探究】黑色固体中是否含CuO
操作
现象 i.取表面附着黑色固体的铜片，用蒸馏水水洗净，放入盛有10mL 试剂
b 的小烧杯中，搅拌 黑色表层脱落，露出光亮的铜片
ii. 取出铜片，待黑色固体沉降
上层溶液澄清、无色
(4)试剂b是__________________________________。
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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。
【实验1-3】取14mol/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】不同的现象是溶液没有变黑，而是直接变为蓝色，试管中也没有灰白色的固体生成。冷却后溶液仍然为蓝色。
【实验1-4】取12mol/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】不同的现象是溶液没有变黑，而是直接变为浅蓝色，试管中也没有灰白色的固体生成。冷却后溶液仍然为浅蓝色。
【实验1-5】取10mol/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：溶液没有反应。
2．现象分析
（1）与18.4mol/L浓硫酸反应时，铜的表面为什么有黑色物质生成？而后来试管底部为什么又会出现灰白色物质？
带着这个问题，我们查阅了大学《无机化学基础》，经过分析，得到如下的解释：
浓硫酸与铜反应是分步进行的，铜先被浓硫酸氧化为黑色的氧化铜，氧化铜再与浓硫酸反应生成硫酸铜，在此过程中主要的反应方程式为：
Cu + H2SO4(浓) CuO + SO2↑ + H2O CuO + H2SO4(浓) Cu SO4 + H2O
总反应方程式可表示为：
2H2SO4(浓)＋Cu CuSO4＋2H2O＋SO2↑
在发生上述主要反应的同时，还伴随有一些副反应,如有CuS、Cu2S等黑色物质生成,随着反应的进行，这些物质又被浓硫酸氧化生成硫酸铜、二氧化硫、硫等物质。其副反应有：
5Cu+4H2SO4(浓)3CuSO4+Cu2S+4H2O
Cu2S +2H2SO4(浓) CuSO4+C uS+ SO2↑+ 2H2O
CuS +2H2SO4(浓) CuSO4+ SO2↑+S+ 2H2O
S +2H2SO4(浓) 3SO2↑+ 2H2O
在该反应过程中产生的黑色物质正是CuO 、Cu2S 、CuS、S等，随着反应的进行，这些物质继续被浓硫酸氧化，生成硫酸铜，而其中硫化铜反应不完全，白色的硫酸铜和黑色的硫化铜都很难溶于自由水很少的浓硫酸中，它们混合在一起而呈现为灰白色的不溶物。
在加热时原来被浓硫酸强行吸住的水和二氧化硫一同逸出，从而在试管内形成了白雾。
而生成二氧化硫气体会使铜表面生成的黑色CuO 、Cu2S 、CuS脱落，与黄色的S及淡蓝色的硫酸铜溶液混合在一起，而成为灰绿色浊液。
（2）铜与14mol/L浓硫酸反应时为什么没有出现黑色物质？冷却后溶液的颜色又为什么没有变浅？
14mol/L硫酸中水比较多，部分硫酸可以发生电离，使溶液酸性较强，因此生成的氧化铜能快速溶解，所以我们无法观察到黑色物质的出现。也正是14mol/L 硫酸中存在比较多水的原因，冷却后溶液的颜色也就没有变浅。
3．实验小结
在铜片规格相同硫酸过量时，铜最终能被氧化为硫酸铜。硫酸浓度太大，难于使产物溶解，而出现有灰白色沉淀的灰绿色浊液。硫酸浓度太小，使其氧化能力下降，不能将铜氧化生成硫酸铜，而导致现象不明显或不反应。
为使浓硫酸与铜反应达到“生成明显的蓝色溶液并且无浑浊”的效果，应该使用的浓硫酸的适宜的浓度为12mol/L ~ 16mol/L。
（二）温度对反应的影响
我们再来探究取用18.4mol/L浓硫酸、铜过量时，不同温度对反应的影响。
1．实验过程
【实验2-1】取18.4mol/L浓硫酸3mL置于试管中，塞住带有温度计的双孔橡皮塞，将浓硫酸加热到150℃左右，撤去酒精灯，将一端卷成螺旋状的铜丝插入浓硫酸中。
实验现象：反应缓慢，溶液中出现细小黑色颗粒，待溶液冷却后过滤，将黑
色物质分别加入到水、氨水和稀硫酸中，在氨水中溶解，而在水和稀硫酸中没有溶解，此现象符合Cu2S的性质，证明此黑色物质是Cu2S。
【实验2-2】取18.4mol/L浓硫酸3mL置于试管中，塞住带有温度计的双孔橡皮塞，将浓硫酸加热到200℃左右，撤去酒精灯，将一端卷成螺旋状的铜丝插入浓硫酸中。
实验现象：反应较快，溶液中出现细小黑色颗粒，品红溶液褪色，待溶液冷却后过滤，将黑色物质分别加入到水、氰化钾溶液中，在氰化钾溶液中溶解了，而在水中没有溶解，此现象符合CuS的性质，证明此黑色物质是CuS。
【实验2-3】取18.4mol/L浓硫酸3mL置于试管中，塞住带有温度计的双孔橡皮塞，将浓硫酸加热到接近沸腾（约338℃），撤去酒精灯，将一端卷成螺旋状的铜丝插入浓硫酸中。
实验现象：反应非常剧烈，溶液中快速生成白色固体和少量细小黑色颗粒，试管上部出现白雾，品红溶液褪色，待溶液冷却后过滤，将白色物质分别加入到适量水中，完全溶解并形成蓝色溶液，此现象符合CuSO4的性质，证明此白色物质是CuSO4。
2．实验小结
为使浓硫酸与铜反应达到“生成明显的蓝色溶液并且无浑浊”的效果，应该采取加热浓硫酸至沸腾，再将铜与浓硫酸接触的方法，这样能生成大量硫酸铜同时副产物较少，稀释后呈现蓝色。
三、得出结论
综合上述（一）、（二）探究，得出结论：在浓硫酸与铜反应的实验中，使用浓度为12mol/L ~ 16mol/L的浓硫酸，并且采取加热浓硫酸至沸腾，再将铜与浓硫酸接触的方法，能达到最好的演示效果。
四、探究反思
化学是一门以实验为基础的自然学科，离开了实验则失去了对我们所学化学知识的检验标准，演示实验是我们进行化学教学的最常用手段，也是化学教学的特色。所以，合理的使用演示实验，能让学生直观、生动的感受化学，激发学习化学的兴趣和求知欲，使学生能主动的学习，从而提高教学效率。只是我们应该注意的是，做演示实验不能一味的按课本上的来，这样会抑制教师的创新思维,也可能传达给学生不真实的东西。
不断的钻研教材，深入地探究教材上的实验，才能将客观的事实呈现给学生，同时也是高中化学教师驾驭课堂、提高课堂实验教学能力，提升自身科学素养和培养自身创新思维的必由之路。