濃硫酸與銅反應(yīng)的實驗改進實驗報告

1、濃硫酸與銅反應(yīng)的實驗改進【問題的提出】在研究濃HSO的化學性質(zhì)時，Cu與濃HSO的反應(yīng)是用來說明濃HSO具有很強的氧化性的一個典型反應(yīng)，為使學生能全面理解并掌握這一重要化學反應(yīng)，在教材中設(shè)計了有關(guān)銅和濃硫酸發(fā)生反應(yīng)的演示實驗。人教版教材必修一中的實驗裝置圖為：但若按教材中所提供的裝置進行實驗，很難得到預(yù)期的實驗現(xiàn)象，在實驗過程中過多的浪費藥品，而且會產(chǎn)生大量的有毒氣體污染環(huán)境，尾氣處理得不夠充分，因此，我們應(yīng)該從實驗裝置入手，在原有的基礎(chǔ)上對實驗進行必要的改進。【實驗?zāi)康摹? .認識濃硫酸與銅的反應(yīng)，進一步了解SO2的性質(zhì)。2 .學會發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，進而學會運用學過的化學知識設(shè)計實驗方案，

2、從實驗中學會得出結(jié)論解決問題。3 .培養(yǎng)思考能力和動手能力，體會設(shè)計實驗以及驗證實驗的樂趣。【實驗原理】銅與濃硫酸之間反應(yīng)的化學方程式如下：2H2SO4（濃）+Cu=CuSO4+2H2O+SO2TCu與濃HSO反應(yīng)生成SO2說明濃HSO具有很強的氧化性，而產(chǎn)生的SO2具有漂白性，同時SO2也是一種酸性氣體，在實驗中可以用品紅試紙驗證SO2具有漂白性，用藍色石蕊試紙驗證SO?是一種酸性氣體?！緦嶒瀮x器與試劑】儀器用量鐵架臺（帶鐵夾）2臺酒精燈1盞具支試管1個硬質(zhì)玻璃管1個燒杯1個彎頭導管1個直導管1根單孔橡膠塞3個濾紙1片擋風板1塊試齊用量濃硫酸10ml細銅絲15cm氫氧化鈉溶液適里品紅試紙1片

3、白蕊試紙1片【實驗裝置圖】【實驗步驟】1 .取適量濃硫酸加入到具支試管中，用量不超過試管體積的三分之一（約10ml）;2 .取銅絲穿過膠塞，使銅絲能在膠塞中上下活動，塞緊膠塞，然后將伸入試管中的銅絲一端拴上一束細銅絲，使銅絲下端沒入濃硫酸之中；3 .在硬質(zhì)玻璃管中分別放上濕潤的品紅試紙、濕潤的石蕊試紙，在燒杯中加入適量飽和NaOH溶液；4 .如圖組裝好裝置后，用酒精燈加熱濃硫酸5 .待反應(yīng)結(jié)束后，使大試管中濃硫酸與金屬銅片發(fā)生脫離，移去酒精燈，加熱硬質(zhì)玻璃管，觀察試紙顏色的變化;【實驗現(xiàn)象】1.加熱濃硫酸時產(chǎn)生大量白霧，直形玻璃管處有水珠生成2,硬質(zhì)玻璃管中品紅試紙由紅色變?yōu)闊o色，藍色石蕊試紙

4、變?yōu)榧t色3 .加熱結(jié)束之后具支試管內(nèi)液體變?yōu)闇\綠色，試管底部有灰色粉末狀沉淀。銅絲末端有少量黑色固體。4 .酒精燈加熱硬質(zhì)玻璃管時品紅試紙無色恢復紅色，紅色石蕊試紙不變色5 .具支試管冷卻之后將試管內(nèi)液體和沉淀倒入水中，得到藍色溶液,并且有少量灰色不溶物。【問題討論】1 .實驗方案不成熟之處：在本次實驗中，我們小組最開始的設(shè)計方案是垂直加熱的，裝置圖如下:但是在實驗中卻發(fā)生了試管破裂，濃硫酸灑出的事故，這也是我們意料之外的，我們對待此次事故的處理方法是先用干抹布擦拭桌面和酒精燈，在用大量的水沖洗抹布。而試管破裂的原因是垂直加熱試管，雖然之前有做預(yù)熱的處理，但是垂直加熱時濃硫酸的受熱面積變小，溫

5、度集中于某一區(qū)域，而其他區(qū)域的溫度較低，從而導致受熱不均勻，試管最終破裂，濃硫酸灑出，因此，在設(shè)計方案時必須思考每一個步驟，每一個操作。在實驗中我們原本的方案是先加熱微沸濃硫酸之后才使銅絲與濃硫酸接觸，但是在實驗過程中我們發(fā)現(xiàn)要實現(xiàn)這一步驟比較困難，首先推入銅絲的時候會導致試管不穩(wěn)，難以控制，另外我們發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)時會產(chǎn)生大量白霧，因此無法判斷在煮沸濃硫酸之后才加入銅絲與一開始就加入銅絲兩者的區(qū)別，因此我們決定還是采用一開始就把銅絲加到濃硫酸中再開始加熱。但是一些文獻有介紹到如果煮沸濃硫酸之后再加入銅絲的話那么副產(chǎn)物會比較少。2 .實驗現(xiàn)象的分析新教材關(guān)于銅與濃硫酸反應(yīng)的實驗現(xiàn)象是這樣敘述的：濃硫

6、酸與銅在加熱時能發(fā)生反應(yīng)，放出能使紫色石蕊試液變紅或使品紅溶液褪色的氣體，反應(yīng)后生成物的水溶液顯藍色，說明銅與濃硫酸反應(yīng)時被氧化為Cu2+O但是經(jīng)過實驗，我們發(fā)現(xiàn)在實驗過程中，銅與濃硫酸的反應(yīng)現(xiàn)象并不是教材中描述的那樣。加熱濃硫酸時產(chǎn)生大量白霧在實驗中這種白霧其實是一種酸霧，反應(yīng)生成了SO2和H2O,這兩種生成物在具支試管中發(fā)生反應(yīng)：SO2+H2O=H2SO3白霧是H2SO3O也有可能是濃硫酸在加熱時蒸發(fā)了水，濃硫酸的濃度不斷變高，最終產(chǎn)生了SQ。硬質(zhì)玻璃管中品紅試紙由紅色變?yōu)闊o色，藍色石蕊試紙變?yōu)榧t色品紅試紙由紅色變?yōu)闊o色，說明SO2具有漂白性，可以使品紅溶液褪色；而藍色石蕊試紙變?yōu)榧t色說明

7、SO2是一種酸性氣體。加熱結(jié)束之后具支試管內(nèi)液體變?yōu)闇\綠色在本次實驗中，濃硫酸是過量的，實驗停止加熱之后試管內(nèi)溶液顏色為淺綠色，而不是藍色，這是因為濃硫酸具有吸水作用，可以吸收部分生成的水，形成水合硫酸分子，而當溫度比較高時，水合硫酸分子離解，產(chǎn)生一定數(shù)量的自由水分子，這些自由水分子便與銅離子絡(luò)合為四水絡(luò)銅離子，反應(yīng)方程式為：Cu2+4hb0-Cu(H2O42+但是當試管冷卻時，溫度下降，硫酸分子吸附水分子的能力增強，使上述絡(luò)合平衡向左移動，溶液顏色變淺，甚至是無色。試管底部有灰色粉末狀沉淀，銅絲末端有少量黑色固體在實驗中我們發(fā)現(xiàn)試管底部有灰色粉末狀沉淀，銅絲末端有少量黑色固體，這些固體有可能

8、是副產(chǎn)物，可能是濃硫酸的氧化性氧化了銅，但具體這些沉淀還有黑色固體是什么，有可能是氧化銅或者是硫化銅，還需要進一步的檢驗。在實驗中我們把附著有黑色固體的銅絲浸沒到稀硫酸之中，但是由于黑色固體的量比較少，附著在表面上我們又沒有辦法加快反應(yīng)數(shù)速率，因此看不出黑色固體有明顯變化，這有可能是黑色固體的量的問題，所以我們無法下結(jié)論說黑色固體是氧化銅還是硫化銅或者是兩者都有。熱硬質(zhì)玻璃管時品紅試紙有無色恢復到紅色這個實驗現(xiàn)象說明SO2的漂白性是可逆的，SQ的漂白原理是SC2與水反應(yīng)生成的H2SQ跟有機色素結(jié)合成了不穩(wěn)定的無色化合物，該化合物見光、遇熱或長久放置又能恢復為原來的顏色。所以加熱時可以看到品紅試

9、紙有無色恢復到紅色3 .黑色固體的成分檢驗通過查找文獻網(wǎng)，在別人研究反應(yīng)之后的黑色固體成分時，他們所得出的結(jié)論是：濃硫酸在與銅反應(yīng)的過程中，隨著溫度的升高，氧化能力不斷增強，由于氧化能力的不同，銅被氧化的產(chǎn)物各有不同：先產(chǎn)生氧化物，進而產(chǎn)生硫化物，達到沸點時氧化能力最強，銅直接被氧化為CuSQ,在此溫度下，前面產(chǎn)生的中間物質(zhì)黑色沉淀，亦能繼續(xù)被氧化為白色的CuSQ。涉及到的反應(yīng)方程式如下：2Cu+HSOK濃）CuqI+so21+h2oCihO+H2SOX濃）2Cu。1+SO21+HQCu+HnSOX濃）aCuOl+SOJ十HQ5Cu+4H2SO4（濃）Cu2sI+3CuSO4+4HqCu：S+

10、2H2SO4（濃）a=CuS9iSO4+SO21+2H?O4 .實驗改進的優(yōu)點與教材必修一中的實驗裝置相比，我們改進之后的實驗方案有以下幾個明顯的優(yōu)點：反應(yīng)可控性強，可根據(jù)需要隨時開始或停止反應(yīng)，避免了藥品的浪費和環(huán)境污染；用品紅試紙和石蕊試紙代替相應(yīng)的溶液，反應(yīng)見效快，縮短實驗時間，也使產(chǎn)生的二氧化硫氣體大大減少；本實驗還可以通過加熱硬質(zhì)玻璃管使試紙恢復到原先的顏色，可進一步探討二氧化硫的氧化機理；本實驗采用的裝置還增加了尾氣吸收裝置，防止二氧化硫逸散到空氣中造成污染6.探究性實驗方案我們知道銅與濃硫酸再加熱條件下可以發(fā)生反應(yīng)，但是如何尋求反應(yīng)的最佳條件，濃硫酸和銅之間的用量比是多少最有利于

11、反應(yīng)的發(fā)生這也是我們應(yīng)該考慮的問題，可以通過控制變量法設(shè)計如下方案，表1銅片質(zhì)量對實驗的影響組別98癱硫酸/ml銅片質(zhì)量/g開始加熱至氣體放出時間/min停止加熱后實驗現(xiàn)象15.01.5025.01.0035.00.5045.00.2055.00.10通過表1的實驗記錄，我們可以分析得出銅片的質(zhì)量與實驗異常現(xiàn)象的產(chǎn)生之間的關(guān)系，從而得出最好的實驗條件。表2濃硫酸體積對實驗的影響組別98癱硫酸/ml銅片質(zhì)量/g開始加熱至氣體放出時間/min停止加熱后實驗現(xiàn)象12.00.5024.00.5035.00.5046.00.5058.00.50通過表2的實驗記錄，我們可以分析得出濃硫酸體積與實驗異常現(xiàn)象的產(chǎn)生之間的關(guān)系，從而得出最好的實驗條件?！窘Y(jié)論】本次實驗還是比較成功的，通過實驗，我們的大部分的設(shè)計都沒有問題，只是在一部分細節(jié)上考慮不周到。我們成功地把銅與濃硫酸的反應(yīng)以及驗證二氧化硫的性質(zhì)結(jié)合在同一個實驗之中，避免了教材中實驗裝置的缺點以及不足，同時可以讓學生發(fā)揮創(chuàng)造性，加深對SO2性質(zhì)的理解?！緟⒖嘉墨I】1李積雙.銅與濃硫酸反應(yīng)實驗現(xiàn)象探究J.化學教育.199,3:302胡苗，陳貝，胡超凱.銅與濃硫酸共熱反應(yīng)實驗變黑現(xiàn)象的探究J.研究性學習探索.2005,7:453李先栓.濃硫酸與銅反應(yīng)黑色沉淀為何物的實驗設(shè)計J.實驗設(shè)計與技術(shù).2007,3:30-314