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[化学]浓硫酸与铜验证浓硫酸强氧化性实验之疑问 文章来源:呼和浩特喜善中学 发布时间: 2016-04-09 点击量:26873次
一个想法:
无论在课本还是习题当中,每当我们看到关于浓硫酸和铜共热的实验时,实验结论多半是这样的:“现象是:Cu溶解、有无色,有刺激性气体冒出、溶液变蓝。证明浓硫酸有强氧化性。”
然而由于老师讲过,硫酸铜晶体在浓硫酸中会变成白色粉末,因为硫酸铜晶体里的结晶水被浓硫酸“抢走了”。联系到上面所述的实验现象,我产生了这样一个疑问:反应后溶液一定是蓝色的吗?可不可能浓硫酸氧化了铜之后,再“抢走”了硫酸铜的结晶水而使它变成白色?
我决定去学校的化学开放实验室一探究竟。


动手做做:
按照书上说的步骤,我进行了一次浓硫酸与金属铜共热的实验。在做实验的过程当中,意想不到的现象出现了。下面是我在实验笔记中写下的两段:
 
“……
加入浓硫酸和铜片,无明显现象。点燃酒精灯加热,反应试管与处理尾气的装有氢氧化钠溶液的试管内均出现气泡。约2分钟,铜片表面变黑,开始有黑色絮状物质从铜片表面脱落进入溶液,铜片表面产生气泡。试管内充满白色烟雾,处理尾气的溶液上层出现一点点黄色的物质。几分钟后,两试管内气泡溢出速度明显减缓,大试管内液体已经由透明无色变为不透明且呈深灰色,并持续沸腾。熄灭酒精灯。拔出塞在试管口的导管。大试管内液体停止沸腾,有灰白色物质沉淀下来,上层清液呈很浅的蓝色。等试管冷却之后,上层清液几乎变成无色。
 ……
将试管内液体连同部分沉淀倒进溶液时,装有水的烧杯内随即变成蓝色。多次洗涤大试管并用玻璃棒探入搅动后后,所有沉淀被投入烧杯,发现有些未反应完毕的铜片在与浓硫酸反应过程中变成了黑色的、中空外方的、呈近似片环状的固体。经过搅拌后,大部分沉淀溶解,发现除铜片外有小部分黑色固体残留,加入稀硫酸并加热亦不能溶解。
 ……“


果然,浓硫酸与铜共热后,并不是仅仅出现蓝色这么简单。我们学习的资料上并没有详细完整地描述真实的实验现象,比如实验初期的铜片变黑、尾气处理过程中出现黄色物质(猜想是硫,未验证),以及实验后试管里沉淀下来的灰白色物质还有实验结束液体蓝色褪去等,都没有在书本上被提及。但是,有一个疑问困扰着我和我的搭档:为什么最后会有不溶于黑色固体残留?下面是摘自我实验笔记的一段猜想:


“……
浓硫酸与铜在加热的条件下反应时,出现了黑色物质,停止加热后沉淀为灰色,上层清液几乎无色。由于试管内液体和沉淀遇水变蓝,判断出黑色物质和灰白色物质中应含有铜离子,初步判断出黑色物质为氧化铜(易溶解于稀硫酸中而变为蓝色硫酸铜),硫化铜(可能为黑色不溶沉淀。灰黑色硫化亚铜排除,因为上网查资料得知硫化亚铜在热的浓硫酸中分解);灰白色物质为无水硫酸铜(白色)。此三种物质中的铜元素均为正二价。由此判断浓硫酸确实将金属铜氧化为了正二价的铜离子,浓硫酸具有强氧化性。
……“


 为初步检验在实验当中出现黑色物质的成分,我又设计了后续试验。上网查资料得知硫化铜与硫化亚铜均能溶于硝酸与氨水且与硝酸反应时均会产生一氧化氮或二氧化氮。因此可以通过检验黑色固体是否能溶于硝酸与氨水来判断黑色固体是否为硫化铜或硫化亚铜。下面是实验笔记中的两条:
 
“……
加入稀硝酸,振荡,发现沉淀不溶解。放在石棉网上加热搅拌,黑色与红色固体亦无明显溶解(红色固体是残余的铜片)。
……
加入浓氨水,气味很刺激,但是黑色固体仍然不溶解。
……“


到这里,几次实验并没有为那些不容的黑色物质给出一个很好的解释。于是我们请教了化学组的王东文老师。他提示了我们一个之前没有想到的可能性:铜片里的杂质碳干扰了实验结果。由于碳和浓硫酸直接混合加热并不能直接生成二氧化碳(这是另外一个课本上所没有提到的现象),所以有可能存在于铜片里的碳被一直保留到了实验最后,变成了那些“黑色不溶物质”。
想到这里,我决定去查找更多资料,设计下一个后续试验,一展“黑色物质”的真容。


感想:
尽管实验最后没有看到自己预想的结果,但是在实验的过程当中,我已获益匪浅,大开眼界。或许我们不应该盲信书本上的知识,而应该利用自己的头脑去思考逻辑,用双手验证结果。
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