“氧化铜铁粉和稀硫酸反应的先后顺序”的科学探究

“氧化铜铁粉和稀硫酸反应的先后顺序”的科

学探究

基础教育课程改革的具体目标是：“改变课程过于注重知识传授的倾向，强调形成积极主动的学习态度”；“倡导学生主动参与、乐于探索、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力[1]”。“授人以鱼”不如“授人以渔”，实验探究作为一种主要的学习探究方式，使它在新课程教学中占据举足轻重的地位。在中考化学复习过程中，我们常会遇到这样一类题目，如：“往氧化铜与铁粉混合物中加入一定量的稀硫酸，微热，充分反应后过滤：以下判断错误的是（）

A.滤纸上可能含有铜

B.滤液中可能含有硫酸亚铁

C.滤液中可能含有硫酸铜

D.滤纸上可能含有氧化铜。”

学生认为铁的化学性质比较活泼，所以铁粉先与稀硫酸反应，如果稀硫酸过量，氧化铜才与稀硫酸反应，应选择A、B；也有学生认为氧化铜和铁粉一齐和稀硫酸反应，并无先后顺序，稀硫酸反应完后，剩余的铁才与生成的硫酸铜反应，应选择D。学生争论的焦点在于：它们到底是如何反应的呢？

有没有先后顺序？实践是检验真理的唯一标准，于是我和学生一齐走进了化学实验室进行探究。

一、实验探究

实验1：将等质量的氧化铜粉末与铁粉均匀混合后，放入一小烧杯中，再加入一定量的稀硫酸，微热后振荡，静置。

现象：可以清楚看到固体粉末由黑色很快就变为红色，并且过一会儿溶液中才出现了气泡。

学生讨论、分析得出来：红色物质是铜，由此可知：CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O、Fe + CuSO4 = FeSO4+Cu先反应，Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑后反应。但也有同学产生疑问：是不是铁粉与稀硫酸反应时产生的气泡太少，被吸附在固体粉末表面呢？于是我也加入讨论：如果有这种现象，如何才能避免这种现象发生，并且证明有气体产生呢？于是大家展开讨论，最终商定先将铁粉与酸反应，然后再加氧化铜粉末，这样既使固体粉末吸附气体，也会饱和再加入氧化铜粉末，并不断地搅拌也不会影响气体放出。于是大家进行了第二个探究实验。

实验2：先将一定量的铁粉加入盛有一定量的稀硫酸的小烧杯中，可以立即看到溶液中有气泡产生；再加入一定量的氧化铜粉末并用玻璃棒搅拌，溶液中并无气泡产生，黑色粉末很快变为红色，过一会溶液中才出现了气泡。（注：所做实验稀硫酸均过量。）

由此我们的结论如下：

这三者反应的确有先后顺序，它们反应的顺序如下：

第一步，氧化铜粉末和稀硫酸反应CuO +H2SO4 =CuSO4 + H2O

第二步，铁粉和生成的硫酸铜反应Fe + CuSO4= FeSO4 + Cu

第三步，铁粉和稀硫酸反应Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑ 这道题应选择D。

二、理论论证

根据路易斯酸碱反应优于氧化还原反应的原理，CuO是

路易斯碱，稀硫酸是路易酸，而Fe+ H2SO4=FeSO4 + H2↑

属于氧化还原反应，所以氧化铜和硫酸反应优于铁和硫酸反应。查电极电位表[2]知：

Cu2+（aq）+ 2e- =Cu（s）E= +0.34V

Fe2+（aq）+ 2e- =Fe（s）E= -0.44V

2H+（aq）+ 2e- =H2（g）E=0V

由以上电极电势我们可以看出，氧化性：Cu2+ > H+ >Fe2+，所以Cu2+ + Fe = Cu + Fe2+ 优于2H ++ Fe = H2↑+Fe2+

即

CuO +H2SO4 =CuSO4 + H2O > Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu > Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑

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