設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)銅跟濃硫酸的反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)五 探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一銅跟濃硫酸的反應(yīng)一、 探究問題的提出在學(xué)習(xí)《硫酸》一節(jié)中，涉及銅與濃硫酸的反應(yīng)。在演示實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)一些問題及教材中未提及的現(xiàn)象。如：檢驗(yàn)SO2時(shí)，品紅溶液易倒吸；反應(yīng)結(jié)束后，試管中除溶液變藍(lán)以外，還產(chǎn)生白色、黑色固體物質(zhì)。如何解決倒吸，試管中白色、黑色物質(zhì)又是什么？學(xué)生希望能探其究竟。二、 問題解決設(shè)想（思路）針對(duì)以上問題，我們就如何解決倒吸及試管中產(chǎn)物檢驗(yàn)做了一些設(shè)計(jì)。特別是試管中產(chǎn)物可能是什么？由于濃h2so4可能過量，它又可吸水，白色固體可能是CuSO4，而黑色固體可能是Cu的其它氧化產(chǎn)物,具體是什么？有待查閱資料，做出假設(shè)，再以實(shí)驗(yàn)論證。三、 相關(guān)資料查閱綜述1、銅與濃硫酸共熱反應(yīng)因兩者的量不同，反應(yīng)時(shí)的最終現(xiàn)象不同。若濃硫酸過量時(shí)，主要現(xiàn)象有：銅表面先變黑，形成黑色濁液，隨后又變成白色濁液。銅全部反應(yīng)完后，靜置，灰白色物質(zhì)沉于管底，所得溶液呈淡藍(lán)色，冷卻全室溫呈無色。反應(yīng)中還伴有白色煙霧，并有淡黃色物質(zhì)冷凝在管壁。若銅過量，最終得灰白色固體物質(zhì)。由此說明銅與濃硫酸共熱的反應(yīng)是很復(fù)雜的，且反應(yīng)后所得溶液顏色隨溫度變化而變化。在給銅和濃硫酸加熱過程中.液體有的出現(xiàn)藍(lán)色，有的出現(xiàn)灰色或者黑色有兩個(gè)方面的原因：其一是反應(yīng)物用量的多少，其二是濃硫酸的濃度大小..當(dāng)銅片的量不足，濃硫酸過量時(shí)，發(fā)生如下反應(yīng)：Cu+H2SO4==CuSO4+H2O+SO2f銅片反應(yīng)完全，液體呈現(xiàn)不穩(wěn)定的藍(lán)色.當(dāng)銅片過量，濃硫酸不足或者隨著反應(yīng)進(jìn)行濃度不夠時(shí)，發(fā)生如下反應(yīng)：5Cu+4H2SO4==3CuSO4+4H2O+Cu2SICu2S+2H2SO4==CuSO4+CuS+2H2O+SO2!CuS+2H2SO4=CuSO4+SO2f+2H2O+S反應(yīng)中有黑色沉淀生成，液體也就顯得發(fā)黑，若持續(xù)加熱時(shí)間長(zhǎng)一些，

黑色沉淀進(jìn)一步反應(yīng)，顏色會(huì)變淺，液體呈現(xiàn)灰色.2、人民教育出版社《全日制普通高級(jí)中學(xué)（必修）化學(xué)第一冊(cè)教師用書》銅與硫酸在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)時(shí)，常產(chǎn)生黑色沉淀，有時(shí)會(huì)影響藍(lán)色溶液的觀察。這往往是由于銅過量或硫酸濃度不夠造成的，除了教材上介紹的反應(yīng)外，加熱過程中往往發(fā)生下列反應(yīng):5Cu+H2SO4（濃）￡3CuSO4+Cu2SI+4H2OCu2S+2H2SO4（濃）￡CuSO4+CuSI+SO2t+2H2OCu2S+2H2SO4（濃）￡CuSO4+SO2t+SI+2H2O由于Cu2S和CuS都是黑色，因而液體呈黑色。3、高等教育出版社《無機(jī)化學(xué)（第二版）下冊(cè)》3Cu2S+16HNO3（濃）￡6Cu（NO3）3+3SI+4NOt+8H2O3CuS+2NO3+8H+￡3Cu2++3SI+8H2O四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案1、為解決倒吸問題，學(xué)生自然聯(lián)想到制備氯化氫的尾氣處理，并由此推廣。設(shè)計(jì)思路一:以倒置漏斗放于吸收液面，恰與之接觸。既可增大接觸面，又可防倒吸。（如圖一）設(shè)計(jì)思路二:使導(dǎo)管恰與吸收液接觸，不伸入其中。（如圖二）圖一圖二圖三圖一圖二圖三設(shè)計(jì)思路二:在發(fā)生裝置與吸收裝置之間添加一根試管，即可避免直接倒吸。（如圖三）以及其他設(shè)計(jì)思路，如下圖。本實(shí)驗(yàn)采用第三種2、 檢驗(yàn)白色固體設(shè)計(jì)思路：可取少量固體沉淀物，加水，觀察其顏色變化。說明Cu2+存在。再用鹽酸酸化的Ba2+檢驗(yàn)SO42—存在。3、 檢驗(yàn)黑色固體設(shè)計(jì)思路：由于濃H2SO4與Cu反應(yīng)，可能還會(huì)生成Cu2O、CuS，檢驗(yàn)CuS，根據(jù)CuS要與濃HNO3反應(yīng)生成紅棕色NO2氣體，即可檢驗(yàn)。而Cu2O遇濃氨水變深藍(lán)色即可檢驗(yàn)。五、實(shí)驗(yàn)探究及實(shí)驗(yàn)過程記錄一種情況是濃硫酸過量。用下列“實(shí)驗(yàn)裝置圖1”（固定儀器和加熱酒精燈均未畫出）來完成此實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有（按實(shí)驗(yàn)進(jìn)程）：銅與冷的濃硫酸不發(fā)生反應(yīng)，加熱時(shí)隨濃硫酸溫度升高銅絲（或銅片）表面變黑，產(chǎn)生氣泡，細(xì)小黑色顆粒狀物質(zhì)從銅絲（或銅片）表面進(jìn)入濃硫酸中，形成黑色的懸濁液。隨著加熱溫度繼續(xù)升高（至沸騰），黑色顆粒狀物質(zhì)與濃硫酸反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成細(xì)小灰白色的顆粒狀物質(zhì)，隨濃硫酸一起翻滾。在此過程中試管里還產(chǎn)生了大量的白色煙霧，起初部分煙霧在試管上部?jī)?nèi)壁冷凝析出淡黃色固體物質(zhì)。在持續(xù)加熱濃硫酸（沸騰）時(shí)，淡黃色固體物質(zhì)又慢慢消失了。此間導(dǎo)氣管導(dǎo)出的氣體分別使紫色石蕊試液變紅，使品紅溶液和KMnO4溶液褪色。當(dāng)銅全部反應(yīng)后，停止加熱靜置時(shí)，試管內(nèi)的煙霧也隨之慢慢消失了，試管中的液體呈淺藍(lán)色，管底沉積的固體物質(zhì)呈灰白色。繼續(xù)冷卻試管時(shí)，溶液顏色慢慢變淺，全室溫時(shí)幾乎無色。將此無色溶液注入盛有少量水的試管中，所得溶液變?yōu)闇\藍(lán)色。再向殘留有灰白色固體的試管中滴加少量蒸餾水時(shí)，所得溶液呈藍(lán)色，試管底部未溶固體的上層部分呈藍(lán)

色，下層仍為灰白色（久置時(shí)可變?yōu)樗{(lán)色）。色，下層仍為灰白色（久置時(shí)可變?yōu)樗{(lán)色）。安全紫色石品紅 KMnO4 NaOH裝置蕊試液溶液溶液溶液實(shí)驗(yàn)裝置圖12.另一種情況是銅過量。用“實(shí)驗(yàn)裝置圖2.另一種情況是銅過量。用“實(shí)驗(yàn)裝置圖2”（固定儀器和加熱酒精燈均未畫出）完成此實(shí)驗(yàn)。為了便于觀察有關(guān)反應(yīng)現(xiàn)象和驗(yàn)證產(chǎn)物，將細(xì)銅絲一端卷成螺旋狀沒入濃硫酸中，另一端露置在液面上方（如圖2所示）。長(zhǎng)玻璃導(dǎo)管是讓揮發(fā)的濃硫酸和水冷凝回流。開始加熱反應(yīng)時(shí)的現(xiàn)象與前者相同。隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，試管和長(zhǎng)導(dǎo)氣管內(nèi)壁有少量淡黃色固體物質(zhì)凝聚。露置于試管液面上方的光亮銅絲逐漸變黑。一會(huì)兒后試管里的硫酸全部反應(yīng)完，試管里的物質(zhì)變?yōu)榛液谏墓腆w。取出試管中原來露置液面上變黑的銅絲，將其分別置于盛有一定量濃硫酸和稀硫酸的兩支試管中，震蕩，銅絲表面的黑色物質(zhì)不溶。若將光亮的銅絲在空氣中加熱變黑后，再分別置于盛濃硫酸和稀硫酸的兩支試管中時(shí)，振蕩，發(fā)現(xiàn)置于稀硫酸中的銅表面的黑色物質(zhì)全部溶解，光亮的銅露出；濃硫酸中的銅表面的黑色物質(zhì)只有部分溶解。實(shí)驗(yàn)裝置圖2銅與濃硫酸口肖EEJ NaOH溶液我們小組針對(duì)三種情況分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

第一組：改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，防止品紅溶液倒吸設(shè)計(jì)思想：盡量使品紅少倒吸，甚至于不倒吸，可用干燥管代替普通導(dǎo)管，讓品紅溶液在導(dǎo)管中下部停留。實(shí)驗(yàn)儀器：鐵架臺(tái)，酒精燈，試管，橡膠塞（單孔），膠皮導(dǎo)管，干燥管（防倒吸裝置使用如圖第4組）試劑藥品：銅片，濃H2SO4（98%），品紅溶液步驟現(xiàn)象原理①查氣密性各試管中均有氣泡冒出氣體的熱脹冷縮②拼接裝置，將2-3ml濃H2SO4倒入試管，放入Cu片沒有明顯現(xiàn)象銅和冷的濃硫酸不發(fā)生反應(yīng)③精燈加熱至完全反應(yīng)銅片表面變黑，產(chǎn)生氣泡，細(xì)小黑色顆粒狀物質(zhì)從銅片表面進(jìn)入濃硫酸中，形成黑色的懸濁液。隨著加熱溫度繼續(xù)升高（至沸騰），黑色顆粒狀物質(zhì)與濃硫酸反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成細(xì)小灰白色的顆粒狀物質(zhì)，隨濃硫酸起翻滾。在此過程中試管里還產(chǎn)生了大量的白色煙霧5Cu+4H2SO育3CuSO4+4H2O+Cu2SCu2S+2H2SO4==CuSO4+CuS+2H2O+so2CuS+2H2SO4==CuSO4+SO2+2H2O+S試管2、3、4、5中都有氣泡冒出，其中2號(hào)試管中紫色溶液變?yōu)榧t色，3號(hào)試管中溶液紅色褪去，4號(hào)試管中紫色退去。反應(yīng)生成了二氧化硫，二氧化硫溶于水生成亞硫酸顯酸性，使紫色石蕊試液變紅；亞硫酸有漂白性，能使品紅溶液褪色，亞硫酸有還原性，能還原高錳酸鉀溶液，使其褪色。第二組：白色固體檢驗(yàn)

設(shè)計(jì)思想：白色固體可能是CuSO4，取反應(yīng)沉淀加水以驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)儀器：鐵架臺(tái)，大試管，單孔橡皮塞，導(dǎo)管，燒杯實(shí)驗(yàn)試劑：蒸餾水實(shí)驗(yàn)步驟現(xiàn)象原理取Cu與濃H2SO4反應(yīng)后剩余的固體加水加水后形成了藍(lán)色溶液白色固體是CuSO4,溶于水中溶液為藍(lán)色第三組：黑色固體檢驗(yàn)設(shè)計(jì)思想：經(jīng)分析黑色沉淀可能為Cu2O和CuS，通過反應(yīng)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)儀器：鐵架臺(tái)，大試管，單孔橡皮塞，導(dǎo)管，燒杯實(shí)驗(yàn)試劑：藥品，銅片，濃硫酸，濃硝酸，濃氨水實(shí)驗(yàn)步驟現(xiàn)象原理①加熱銅片至完全反應(yīng)，加水溶解CuSO4，濾出沉淀得到黑色的沉淀黑色沉淀可能為Cu2O和CuS②將沉淀分為兩部分，分別裝入兩個(gè)試管中③向盛有一部分該沉淀的試管滴加濃HNO3（注意NO2的處理）觀察到有淡淡的黃棕色氣體CuS與濃HNO3反應(yīng)生成紅棕色NO2氣體④向一盛有另一部分沉淀的試管滴加濃氨水變成深藍(lán)色溶液Cu2O遇濃氨水變深藍(lán)色實(shí)驗(yàn)結(jié)論：1、 第一組實(shí)驗(yàn)中防倒吸裝置起到了重要作用，沒有液體回流到試管中，實(shí)驗(yàn)裝置還可不斷增加、完善。2、 第二組實(shí)驗(yàn)中黑色沉淀成分復(fù)雜，要經(jīng)過一個(gè)星期的放置才可以讓沉淀沉積下來，時(shí)間花費(fèi)較久。通過實(shí)驗(yàn)證明了Cu2O和CuS存在。實(shí)驗(yàn)過程中黑色沉淀的量較少，所以在實(shí)驗(yàn)前就注意了加大反應(yīng)物的量。七、 實(shí)驗(yàn)感想本次實(shí)驗(yàn)是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，主要是培養(yǎng)設(shè)計(jì)的能力，經(jīng)過本次實(shí)驗(yàn)，不