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）。
安全紫色石品红KMO4 NaOH
装置蕊试液溶液溶液溶液
实验装置图1 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。
有关实验现象分析如下：
1．硫酸与铜共热时溶液中先产生黑色物质后变成灰白色物质的原因
浓硫酸与铜共热反应是分步进行的，铜先被浓硫酸氧化为黑色的氧化铜，氧化铜再与硫酸反应生成硫酸铜，这是反应过程中的主要化学反应，其反应的方程式为：
Cu+H2SO4（浓）△CuO+SO2↑+H2O
CuO+ H2SO4（浓）△CuSO4+ H2O
该过程的净化反应可表示为：
Cu+2H2SO4（浓）△CuSO4+ SO2↑+ 2H2O
同时反应过程中还伴有一些副反应，如生成有CuS﹑Cu2S等黑色物质，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）△4+CuS+ SO2↑+ 2H2O
CuS +2H2SO4（浓）△CuSO4+ SO2↑+S+ 2H2O
S +2H2SO4（浓）△2↑+ 2H2O
反应过程中产生的黑色物质是CuO ﹑Cu2S ﹑CuS等，后来转变为灰白色物质是未溶解于浓硫酸中的CuSO4。
2．产生大量白色烟雾及凝聚的淡黄色固体物质慢慢消失的原因
由于反应溶液处于沸腾状态（浓硫酸的沸点温度为338℃），反应中生成的水及一定量的硫酸变成蒸气，因而在试管上方形成了硫酸的酸雾。浓硫酸与铜共热时的副反应中生成的硫在此温度下有一部分变成了硫蒸气从溶液中逸出，硫蒸气先被冷凝成淡黄色固体附着在试管壁上。随着试管内温度的逐渐升高，硫酸蒸气将凝聚的硫氧化为二氧化硫而慢慢消失。其反应的方程式为：
S +2H2SO4（浓）△2↑+ 2H2O
3．“实验装置图2”试管中露置铜丝变黑的原因
“实验装置图2”试管中露置铜丝变黑，既不是被试管中空气里的氧气氧化为氧化铜，也不是被挥发的硫酸蒸气氧化为氧化铜。因实验证明氧化铜能溶于浓硫酸或稀
硫酸中（酸雾冷凝的硫酸溶液比浓硫酸的浓度小，氧化铜能溶解其中）。是此，该黑色物质是产生的硫蒸气与铜反应生成的硫化亚铜。其反应方程式为：
S（蒸气）+2Cu△Cu2S
实验证明该黑色物质既不溶于冷的浓硫酸又不溶于稀硫酸，这正是硫化亚铜的性质（硫化亚铜只能被处在高温状态的浓硫酸氧化）。
4.“实验装置图1”中反应完毕后所得溶液颜色放置变浅的原因
这与Cu2＋和水分子的络合作用及硫酸的吸水性有关。当溶液温度较高时，水合硫酸分子离解，产生了一定数量的自由水分子，这些自由分子便与Cu2＋络合为四水络铜离子｛[Cu（H2O）4]2＋｝，并形成络合平衡：
Cu2＋＋4H20[Cu（H2O）4]2＋
（无色）（蓝色）
使溶液呈现蓝色；降温时硫酸分子吸附水分子的能力增强，使上述络合平衡向左移动，溶液变为无色。硫酸的水合作用可用式子表示如下：
H2SO4（aq）＋n H20（l）H2SO4·nH20（aq）；△H < 0
5.铜过量时浓硫酸全部反应完的原因
有人认为，浓硫酸与过量的铜反应终了时，铜和硫酸（变为稀硫酸）都有剩余。其理由是随反应进行时，由于硫酸的不断消耗和水的不断生成，致使硫酸浓度慢慢减小，当其变成稀硫酸时，铜与稀硫酸不再发生氧化还原反应，是此反应停止。上述实验表明不会出现这种情况。这是因为浓硫酸中含水的量很少，尽管反应过程中有一定量的水生成（生成的水大部分随硫酸蒸气冷凝回流到试管中），但导出的气体中必有一定量的水蒸气随二氧化硫气体逸出了，故浓硫酸并未实质性变稀，是此，只要有铜存在时，其氧化还原反应就可持续进行下去，直至硫酸全部反应完，得到硫酸铜和少量的氧化铜及硫化铜（硫化亚铜）的灰白色固体混合物。放置时可看到，长导气管中冷凝的水还在慢慢向下流动，试管上部内壁的无水硫酸铜与之接触之后发生水合作用，生成蓝色的五水合硫酸铜晶体。
值得注意的是，浓硝酸与过量的铜反应时存在硝酸浓度的量变而引起化学反应的质变问题，这是因为浓硝酸中水的含量超过了35％，即本身水的量较多。再加之该反应是在通常情况下进行的，反应中水没有变成蒸气逸出。随反应的进行硝酸不断消耗，硝酸浓度在慢慢减小，变成稀硝酸后，硝酸的还原产物则为NO，化学反应即发生了质的变化。
6.SO2不能使石蕊、甲基橙指示剂褪色的原因
将SO2持续通入盛有紫色石蕊试液或甲基橙试液的试管中，试液只会变红，不会褪色。这是因为SO2与水作用生成的H2SO3不能与这些物质发生加合作用。SO2是具有漂白性，但并非对所有的有色物质都有漂白性，上述这两种指示剂就是实例之一。常见的可被SO2漂白的有色物质有品红溶液、蓝色墨水、天然纤维素中含有的一些有色物质（如草帽辫、纸浆）等，这些漂白的机理均与SO2与水作用生成H2SO3有关，即H2SO3能与这些有色物质发生加合作用，使之褪色。SO2使另一类物质褪色值得注意，即SO2能使紫色KMnO4溶液褪色，能使溴水、碘水褪色，能使Fe3＋的溶液褪色，这些“漂白”均属于氧化还原反应所致。
铜和浓硫酸反应实验的改进 改进实验法一 一、实验用品: 带支管的试管、铁架台、铁夹、酒精灯、试管、U形管、玻璃导管、橡皮塞、止水夹和胶头滴管。浓硫酸、细铜丝、粗铜丝、品红溶液、玻璃纤维、炭黑和消石灰。 二、实验步骤 1( 取适当大小的橡皮塞一个，用粘有少量凡士林的粗钢丝穿透橡皮塞使之能在橡皮塞中上下移动、在钢丝的下端绑上适量细铜丝。 2(把少量玻璃丝放入U形管，再加入适量的消石灰和活性炭，继续放入玻璃丝，再放入消石灰和活性炭，如此反复直至装满U形管。注意应保持U形管中物质的疏松，便于气体流通。 3( 按图示连接好装置，并检查装置的气密性。 4(在各试管中加入相应药品，连接好装置。使止水夹处于开启状态，注意不要把细铜丝伸入浓硫酸中。 5(加热浓硫酸至沸腾时，将粗钢丝伸入浓硫酸中，使细铜丝完全浸入浓硫酸。三分钟左右后停止加热，并将细铜丝往上提。倘若品红溶液倒流，要关闭止水夹。 6(待稍冷却，用胶头滴管吸去试管甲中的上层液体。向试管中加入4至5毫升水 三、实验现象: 开始时试管甲中有大量的白雾生成。这是因为二氧化硫与水结合成亚硫酸小液滴的缘故、钢丝表面变黑，随着反应的继续进行，黑色物质消失，溶液逐渐浑浊; 乙试管中品红溶液逐渐褪色;停止加热后，试管甲的底部有大量白色的晶体析出，往其中加适量的蒸馏水。
四、心得体会: 1(时间短，效率高。由于采用细铜丝，反应速度较快。时间只需2—3分钟、细铜丝可以继续使用。且在以后检验生成物硫酸铜的实验中便于观察。 2(无污染。本实验利用了防毒面具的原理、在装置中接入U形管，内装活性炭、玻璃丝和消石灰。 3(反应充分，现象明显。请看如下对比实验:分别用烧瓶隔着石棉网加热和试管直接加热，结果表明，隔着石棉网加热的时间长，副反应产生的黑色固体多，在试管中加热反应时间短，黑色固体少。可见，加热温度越高，实验现象越明显、效果越好。本实验硫酸过量，在试管中加热，反应充分，生成了较多的白色硫酸铜固体，且由于副产物黑色固体少，向其中加入少量水可观察到美丽的蓝色溶液，现象明显。 图示 改进实验法二: 在试管中加入一块铜片，注入少量浓硫酸，加热片刻。在试管口的湿润的蓝色石蕊试纸变红(SO生成)，未反应完的铜表面黑色的不溶物，试管底部还有少量的灰黑色的沉2
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。
浓硫酸与铜反应的实验改进 长武中学陈宝凤 【问题的提出】 在研究浓H2SO4的化学性质时，Cu与浓H2SO4的反应是用来说明浓H2SO4具有很强的氧化性的一个典型反应，为使学生能全面理解并掌握这一重要化学反应，在教材中设计了有关铜和浓硫酸发生反应的演示实验。人教版教材必修一中的实验装置图为： 但若按教材中所提供的装置进行实验，很难得到预期的实验现象，在实验过程中过多的浪费药品，而且会产生大量的有毒气体污染环境，尾气处理得不够充分.人教版标准实验教科书中针对以上弊端作了如下改进：用长铜丝代替铜片，在胶塞一侧挖一个凹槽，使铜丝从凹槽处伸出，反应结束后，将铜丝抽出液面，反应即停止。但是，在实际操作时发现，在胶塞上挖凹槽大小不好把握，铜丝质地软，穿过胶塞后导致气密性不好，导出的气体不足，品红褪色现象不明显。.因此，我们应该从实验装置入手，在原有的基础上对实验进行必要的改进。 【实验目的】 1.认识浓硫酸与铜的反应，进一步了解SO2的性质。
2.学会发现问题，提出问题，进而学会运用学过的化学知识设计实验方案，从实验中学会得出结论解决问题。 3.培养思考能力和动手能力，体会设计实验以及验证实验的乐趣。【实验原理】 铜与浓硫酸之间反应的化学方程式如下： 2H2SO4（浓）+Cu===CuSO4+2H2O+SO2↑ Cu与浓H2SO4反应生成SO2说明浓H2SO4具有很强的氧化性，而产生的SO2具有漂白性，同时SO2也是一种酸性气体，在实验中可以用品红试纸验证SO2具有漂白性，用蓝色石蕊试纸验证SO2是一种酸性气体。 【实验装置图】 (说明)将5ml的注射器插入胶塞。在注射器的柱塞末端系上一段细铜丝，并在细铜丝的另一端系上一段螺旋状的粗铜丝，用于反应。
浓硫酸与铜反应的实验改进 【问题的提出】 在研究浓H2SO4的化学性质时，Cu与浓H2SO4的反应是用来说明浓H2SO4具有很强的氧化性的一个典型反应，为使学生能全面理解并掌握这一重要化学反应，在教材中设计了有关铜和浓硫酸发生反应的演示实验。人教版教材必修一中的实验装置图为： 但若按教材中所提供的装置进行实验，很难得到预期的实验现象，在实验过程中过多的浪费药品，而且会产生大量的有毒气体污染环境，尾气处理得不够充分，因此，我们应该从实验装置入手，在原有的基础上对实验进行必要的改进。 【实验目的】 1.认识浓硫酸与铜的反应，进一步了解SO2的性质。 2.学会发现问题，提出问题，进而学会运用学过的化学知识设计实验方案，从实验中学会得出结论解决问题。 3.培养思考能力和动手能力，体会设计实验以及验证实验的乐趣。【实验原理】 铜与浓硫酸之间反应的化学方程式如下： 2H2SO4（浓）+Cu===CuSO4+2H2O+SO2↑
Cu与浓H2SO4反应生成SO2说明浓H2SO4具有很强的氧化性，而产生的SO2具有漂白性，同时SO2也是一种酸性气体，在实验中可以用品红试纸验证SO2具有漂白性，用蓝色石蕊试纸验证SO2是一种酸性气体。 【实验仪器与试剂】
【实验装置图】 【实验步骤】 1.取适量浓硫酸加入到具支试管中，用量不超过试管体积的三分之一 （约10ml）； 2.取铜丝穿过胶塞，使铜丝能在胶塞中上下活动，塞紧胶塞，然后将伸入试管中的铜丝一端拴上一束细铜丝，使铜丝下端没入浓硫酸之中； 3.在硬质玻璃管中分别放上湿润的品红试纸、湿润的石蕊试纸，在烧 杯中加入适量饱和NaOH溶液； 4. 如图组装好装置后，用酒精灯加热浓硫酸 5.待反应结束后，使大试管中浓硫酸与金属铜片发生脱离，移去酒 精灯，加热硬质玻璃管，观察试纸颜色的变化；
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）。 安全紫色石品红KMO4 NaOH 装置蕊试液溶液溶液溶液 实验装置图1 实验装置图2
化学创新实验： 铜与浓硫酸反应 一、实验名称：铜与浓硫酸反应 二、实验目的： 铜与稀硫酸不反应，但铜与浓硫酸可以发生氧化还原反应，除生成硫酸铜外，还生成二氧化硫和水，这证明了浓硫酸具有强氧化性。反应生成的二氧化硫为无色、有刺激性气味的有毒气体，是大气污染主要成分之一，实验过程中必须控制二氧化硫的生成量，还要进行尾气处理。该实验还助于加强环境教育，提高学生的环境意识，帮助学生认识环境和环境问题，培养学生的社会责任感。课本中给出了该实验的操作方法。为了控制二氧化硫的生成量，在试管侧面开凹槽以便于抽动铜丝而随时终止反应。为了证明二氧化硫的生成及其漂白性，教学参考书又给出了改进实验的操作装置图（如下图）。 我在实际教学过程中感到上述实验有明显的不足之处。开槽时要求既要保证密封性，又要便于抽动铜丝，这一点很难做到。开槽太小虽然密封性好，但在抽动铜丝时易拉动试管塞，由于浓硫酸对皮肤具有很强的腐蚀性，实验时浓硫酸又处于沸腾状态，产生的气压较大，这样浓硫酸易溅出而伤及实验人员。如果开槽稍微大一点，气体穿透能力很强，无法保证二氧化硫不漏出。 基于以上矛盾和问题，我把铜丝改为铜片，一次性加入。教学参考书中给出的装置图，要求控制二氧化硫的量，只要能够观察到品红溶液褪色而石蕊溶液变红色就抽动铜丝使反应停止下来。其实当我们观察到上述实验现象时二氧化硫就
已经过量，不可能恰到好处地通过抽动铜丝而控制二氧化硫的量。相反，我们根据经验控制铜片的量也可以很好地完成该实验。这样不仅保证了实验安全，而且我们还能够集中精力观察实验现象。 三、实验仪器及试剂 仪器：铁架台、酒精灯、试管、玻璃导管。 试剂：98%浓硫酸、铜片、品红溶液、石蕊溶液、氢氧化钠溶液。 四、实验仪器装置图（无论用手或电脑画都必须清晰）及仪器的组装说明 五、实验操作部分 1 放置好酒精灯，根据酒精灯的高度确定好试管的位置。在试管中加好试剂，按从下到上，从左到右的顺序如图安装仪器。 2 观察和分析试管中的实验现象。 六、装置改进的意义 1 避免了在抽动铜丝时产生的实验安全问题。浓硫酸在反应时处于沸腾状态，产生的二氧化硫气体气压较高，操作不慎易拉动试管塞产生浓硫酸的溅射。 2 便于观察和分析实验现象。由于实验减少了抽动铜丝环节，实验人员能够全心投入观察和分析实验现象。 2
铜与浓硫酸反应实验的改进 摘要：在现行版实验的基础上，对其他关于铜与浓硫酸反应实验的装置进行分析比较，并且提出和设计了新的铜与浓硫酸反应实验的装置。 关键词：实验装置；改进 1问题的产生 铜与浓硫酸反应的实验是学习浓硫酸重要性质的传统实验。苏教版高中化学教材必修1中，安排的实验操作是：将一小块铜片放入试管中，然后加入2ml 浓硫酸，用如图1所示的实验装置[1]进行实验，观察实验现象。从而让学生总结出浓硫酸具有强氧化性和强酸性的性质，并掌握SO2的强氧化性的性质。 图1 在用这个装置进行实验的过程中，其不足之处主要表现为：（1）SO2极易溶解于水，在停止加热时，会产生倒吸现象，致使反应的试管炸裂，由于反应物为浓硫酸，泄露会对师生产生威胁，具有安全隐患；（2）用铜片和浓硫酸反应，加热时反应较难控制，反应试管中会产生大量白色烟雾，并不利于实验现象的观察；（3）试验装置都是试管，比较难于固定，而且装置过于复杂，不利于操作，真正实验时往往会让人手忙脚乱；（4）在反应结束后，拆卸装置时仍会有部分SO2泄露，不符合绿色化学的要求。 2文献里关于改进后的实验装置 查阅其他关于铜与浓硫酸反应的实验，下列装置从不同的方面改进了原有的实验设计，给实验的改进提供了一些新思路和有益的借鉴。 从实验所用的铜来划分，有铜片和铜丝两种，以下是铜片和浓硫酸的反应：（1）第一种装置用浸有Na2CO3溶液的棉花来吸收多余的SO2，杜绝了倒吸现象的发生，但是控制不好的话，品红溶液还是有倒吸的可能，另外铜片在加热时会上下翻动，还会有黑色的副产物产生，控制不好浓硫酸与铜片的量，就会影响实验现象的观察[2]。（图2）
铜与浓硫酸反应实验现象的探究与分析 欧阳家百（2021.03.07） [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）。 NaOH 溶液 铜浓硫酸 安全紫色石品红 KMO4 NaOH 铜浓硫酸 装置蕊试液溶液溶液溶液 实验装置图1 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
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 溶液褪色。当铜全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KMｎO 4 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)。 ＮaOH 铜浓硫酸 安全紫色石品红 KMO4 NaＯH 铜浓
浓硫酸与铜反应的实验现象与理论探讨 【摘要】铜与浓硫酸共热量不同现象不同。教材描述简单，易引起学生疑问。经理论分析和实验说明铜与浓硫酸反应复杂性。 【关键词】铜浓硫酸现象 一、铜与浓硫酸共热 1.药品：NaOH溶液铜浓硫酸石蕊试液品红溶液KMnO4 3.实验现象： 教材描述：“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+”。实验现象分两种：①浓硫酸过量。铜与冷的浓硫酸不反应，随温度升高铜丝表面变黑、产生气泡、细小黑色颗粒状物从铜丝表面进入浓硫酸，形成黑色悬浊液。温度升至沸腾，黑色颗粒物与浓硫酸反应，转变成细小灰白色的颗粒物，随浓硫酸翻滚。同时有大量白色烟雾，部分烟雾在管壁上部冷凝成淡黄色固体。保持浓硫酸沸腾，淡黄色固体消失。导气管导出的气体使石蕊试液变红、品红溶液和KMnO4溶液褪色。铜全部反应，停止加热静置，管内烟雾慢慢消失，管中液体浅蓝色，管底沉积物灰白色。冷却，溶液颜色变浅，至室温几乎无色。将此液注入盛有少量水的试管，得浅蓝色溶液。再向有残留物的试管加少量蒸馏水，得蓝色溶液，管底部未溶物上层蓝色，下层仍灰白色（久置变蓝色）。②铜过量。将一端螺旋状铜丝浸入浓硫酸，另一端在液面上方。开始现象与前者相同。随着反应的进行，试管和长导气管内壁有少量淡黄色固体。液面上方铜丝渐变黑。待硫酸全部反应，试管里的物质变为灰黑色的固体。取出试管中液面上变黑的铜丝，分别置于一定量浓硫酸和稀硫酸的试管中，震荡，铜丝表面的黑色物质不溶。若将铜丝在空气中加热变黑，分别置于浓硫酸和稀硫酸的试管中，振荡，发现稀硫酸中的铜表面的黑色物质全部溶解，露出光亮的铜；浓硫酸中的铜表面的黑色物质部分溶解。
浓硫酸与铜反应实验的改进 一．使用教材 人教版高中《化学》必修1第四章第四节，硫酸和硝酸的氧化性内容。 二．实验器材 Y 型试管、注射器（5ml ）、单孔橡胶塞、导气管、铁架台、酒精灯，火柴、浓硫酸、铜丝（或铜片）蓝色石蕊试纸、品红试纸（自制）、浸透浓氢氧化钠溶液的棉球。 三．实验创新点/实验改进要点（见下表） 教材实验装置图 教参实验装置图 改进后实验装置图 （一）铜与浓硫酸反应实验优化方案
（二）实验创新点 1.实验绿色化 将教材中的试管换成Y型管，进行实验时所用试剂量相对较少，在做实验的过程中，除了常规的尾气吸收防止污染外，自始至终不用打开实验装置，剩余的SO2不会逸出，基本不产生污染，但效果不打折扣。 2.装置简单化、效果明显化 装置灵巧，操作简便，用时较短且现象明显。 3.用途多样化 该套装置还可用于铜与浓硝酸反应实验及制备溴苯的实验，用途多样化。 四．实验原理
1.因SO2有毒，为了控制SO2的大量生成及污染环境，采用Y型试管所用试剂量少，用试纸检验生成的SO2，出现现象所需气体量少。利用蘸有浓氢氧化钠的棉球作为吸收剂，有利于充分吸收多余的SO2，消除SO2对环境的污染。 2.SO2的水溶液呈酸性，能使蓝色石蕊试纸变红（不褪色）；SO2有漂白性，能使湿润的品红试纸褪色； SO2是酸性氧化物，可以用氢氧化钠溶液吸收尾气。 3.因SO2易溶于水，在观察到试纸变色后再注入水，保证装置内气体不被提前溶解；为了防止倒吸造成不安全事故，采用湿润的试纸进行性质实验，有效避免倒吸。 4.反应后的溶液中还有一定量的浓硫酸，将反应后溶液缓慢倒入蒸馏水中（防止液体飞溅），利用无色溶液稀释后变蓝证明硫酸铜的生成。 五．实验教学目标 1通过检验浓硫酸与铜反应的产物，全面理解和掌握浓硫酸与铜的反应，进一步体会浓硫酸具有强氧化性，理解浓硫酸的氧化性表现在硫元素的价态的变化上。 2.巩固SO2的性质及检验方法。 3.通过实验的绿色化设计，增强环保意识，体会STSE理念。 六．实验教学过程 铜与浓硫酸反应的实验改进作为教学的一部分融入“硫酸和硝酸的氧化性”教学。 1.教师活动：浓硫酸除了具有很强的腐蚀性、脱水性以外，还能与很多物质反应，如能与大多数金属（如铜）或非金属（如C）起氧化还原反应。浓硫酸与铜反应的产物是什么呢？ 2.学生活动：阅读教材实验并思考： （1）本实验的反应条件是什么？ （2）反应前后溶液与铜丝有哪些变化？