设计性实验铜跟浓硫酸的反应

实验五 探究性实验设计一铜跟浓硫酸的反应一、 探究问题的提出在学习《硫酸》一节中，涉及铜与浓硫酸的反应。在演示实验中出现一些问题及教材中未提及的现象。如：检验SO2时，品红溶液易倒吸；反应结束后，试管中除溶液变蓝以外，还产生白色、黑色固体物质。如何解决倒吸，试管中白色、黑色物质又是什么？学生希望能探其究竟。二、 问题解决设想（思路）针对以上问题，我们就如何解决倒吸及试管中产物检验做了一些设计。特别是试管中产物可能是什么？由于浓h2so4可能过量，它又可吸水，白色固体可能是CuSO4，而黑色固体可能是Cu的其它氧化产物,具体是什么？有待查阅资料，做出假设，再以实验论证。三、 相关资料查阅综述1、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，冷却全室温呈无色。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。在给铜和浓硫酸加热过程中.液体有的出现蓝色，有的出现灰色或者黑色有两个方面的原因：其一是反应物用量的多少，其二是浓硫酸的浓度大小..当铜片的量不足，浓硫酸过量时，发生如下反应：Cu+H2SO4==CuSO4+H2O+SO2f铜片反应完全，液体呈现不稳定的蓝色.当铜片过量，浓硫酸不足或者随着反应进行浓度不够时，发生如下反应：5Cu+4H2SO4==3CuSO4+4H2O+Cu2SICu2S+2H2SO4==CuSO4+CuS+2H2O+SO2!CuS+2H2SO4=CuSO4+SO2f+2H2O+S反应中有黑色沉淀生成，液体也就显得发黑，若持续加热时间长一些，

黑色沉淀进一步反应，颜色会变浅，液体呈现灰色.2、人民教育出版社《全日制普通高级中学（必修）化学第一册教师用书》铜与硫酸在加热条件下发生反应时，常产生黑色沉淀，有时会影响蓝色溶液的观察。这往往是由于铜过量或硫酸浓度不够造成的，除了教材上介绍的反应外，加热过程中往往发生下列反应:5Cu+H2SO4（浓）£3CuSO4+Cu2SI+4H2OCu2S+2H2SO4（浓）£CuSO4+CuSI+SO2t+2H2OCu2S+2H2SO4（浓）£CuSO4+SO2t+SI+2H2O由于Cu2S和CuS都是黑色，因而液体呈黑色。3、高等教育出版社《无机化学（第二版）下册》3Cu2S+16HNO3（浓）£6Cu（NO3）3+3SI+4NOt+8H2O3CuS+2NO3+8H+£3Cu2++3SI+8H2O四、实验设计方案1、为解决倒吸问题，学生自然联想到制备氯化氢的尾气处理，并由此推广。设计思路一:以倒置漏斗放于吸收液面，恰与之接触。既可增大接触面，又可防倒吸。（如图一）设计思路二:使导管恰与吸收液接触，不伸入其中。（如图二）图一图二图三图一图二图三设计思路二:在发生装置与吸收装置之间添加一根试管，即可避免直接倒吸。（如图三）以及其他设计思路，如下图。本实验采用第三种2、 检验白色固体设计思路：可取少量固体沉淀物，加水，观察其颜色变化。说明Cu2+存在。再用盐酸酸化的Ba2+检验SO42—存在。3、 检验黑色固体设计思路：由于浓H2SO4与Cu反应，可能还会生成Cu2O、CuS，检验CuS，根据CuS要与浓HNO3反应生成红棕色NO2气体，即可检验。而Cu2O遇浓氨水变深蓝色即可检验。五、实验探究及实验过程记录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，全室温时几乎无色。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）。色，下层仍为灰白色（久置时可变为蓝色）。安全紫色石品红 KMnO4 NaOH装置蕊试液溶液溶液溶液实验装置图12.另一种情况是铜过量。用“实验装置图2.另一种情况是铜过量。用“实验装置图2”（固定仪器和加热酒精灯均未画出）完成此实验。为了便于观察有关反应现象和验证产物，将细铜丝一端卷成螺旋状没入浓硫酸中，另一端露置在液面上方（如图2所示）。长玻璃导管是让挥发的浓硫酸和水冷凝回流。开始加热反应时的现象与前者相同。随着反应的不断进行，试管和长导气管内壁有少量淡黄色固体物质凝聚。露置于试管液面上方的光亮铜丝逐渐变黑。一会儿后试管里的硫酸全部反应完，试管里的物质变为灰黑色的固体。取出试管中原来露置液面上变黑的铜丝，将其分别置于盛有一定量浓硫酸和稀硫酸的两支试管中，震荡，铜丝表面的黑色物质不溶。若将光亮的铜丝在空气中加热变黑后，再分别置于盛浓硫酸和稀硫酸的两支试管中时，振荡，发现置于稀硫酸中的铜表面的黑色物质全部溶解，光亮的铜露出；浓硫酸中的铜表面的黑色物质只有部分溶解。实验装置图2铜与浓硫酸口肖EEJ NaOH溶液我们小组针对三种情况分组进行实验。

第一组：改进实验装置，防止品红溶液倒吸设计思想：尽量使品红少倒吸，甚至于不倒吸，可用干燥管代替普通导管，让品红溶液在导管中下部停留。实验仪器：铁架台，酒精灯，试管，橡胶塞（单孔），胶皮导管，干燥管（防倒吸装置使用如图第4组）试剂药品：铜片，浓H2SO4（98%），品红溶液步骤现象原理①查气密性各试管中均有气泡冒出气体的热胀冷缩②拼接装置，将2-3ml浓H2SO4倒入试管，放入Cu片没有明显现象铜和冷的浓硫酸不发生反应③精灯加热至完全反应铜片表面变黑，产生气泡，细小黑色颗粒状物质从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，随浓硫酸起翻滚。在此过程中试管里还产生了大量的白色烟雾5Cu+4H2SO育3CuSO4+4H2O+Cu2SCu2S+2H2SO4==CuSO4+CuS+2H2O+so2CuS+2H2SO4==CuSO4+SO2+2H2O+S试管2、3、4、5中都有气泡冒出，其中2号试管中紫色溶液变为红色，3号试管中溶液红色褪去，4号试管中紫色退去。反应生成了二氧化硫，二氧化硫溶于水生成亚硫酸显酸性，使紫色石蕊试液变红；亚硫酸有漂白性，能使品红溶液褪色，亚硫酸有还原性，能还原高锰酸钾溶液，使其褪色。第二组：白色固体检验

设计思想：白色固体可能是CuSO4，取反应沉淀加水以验证。实验仪器：铁架台，大试管，单孔橡皮塞，导管，烧杯实验试剂：蒸馏水实验步骤现象原理取Cu与浓H2SO4反应后剩余的固体加水加水后形成了蓝色溶液白色固体是CuSO4,溶于水中溶液为蓝色第三组：黑色固体检验设计思想：经分析黑色沉淀可能为Cu2O和CuS，通过反应验证。实验仪器：铁架台，大试管，单孔橡皮塞，导管，烧杯实验试剂：药品，铜片，浓硫酸，浓硝酸，浓氨水实验步骤现象原理①加热铜片至完全反应，加水溶解CuSO4，滤出沉淀得到黑色的沉淀黑色沉淀可能为Cu2O和CuS②将沉淀分为两部分，分别装入两个试管中③向盛有一部分该沉淀的试管滴加浓HNO3（注意NO2的处理）观察到有淡淡的黄棕色气体CuS与浓HNO3反应生成红棕色NO2气体④向一盛有另一部分沉淀的试管滴加浓氨水变成深蓝色溶液Cu2O遇浓氨水变深蓝色实验结论：1、 第一组实验中防倒吸装置起到了重要作用，没有液体回流到试管中，实验装置还可不断增加、完善。2、 第二组实验中黑色沉淀成分复杂，要经过一个星期的放置才可以让沉淀沉积下来，时间花费较久。通过实验证明了Cu2O和CuS存在。实验过程中黑色沉淀的量较少，所以在实验前就注意了加大反应物的量。七、 实验感想本次实验是设计实验，主要是培养设计的能力，经过本次实验，不