由一次“失败”的演示实验引发的探究
——浓H2SO4与Cu反应实验的改进
仁怀市酒都高级中学 蔡华银
一、问题的产生
在做实验时，有时会出现一些意外。如果我们加以重视，并用心去思索、探究就有可能得到意想不到的收获。笔者一次在演示高一化学（2003年版全日制普通高中化学教材第一册）[实验6-5]（在一支试管里加入一小块铜片，然后再加入3mL浓硫酸，用装有玻璃导管的单孔胶塞塞好，加热。放出的气体分别通入紫色石蕊试液或品红溶液中。观察反应现象。）时是让一名同学做的。学生在操作时，由于所加的铜片太小，产生的气体未能使品红溶液褪色（可认为实验失败）。为了能看到品红溶液褪色，该同学拔开橡皮塞又往试管里加入了铜片，演示实验总算完成，但SO2也泄露了不少。下课后，我带着几分遗憾收拾仪器，有点草草收场的感觉，心里很不好受。但当我看到试管中溶液的颜色时，我不仅眼前一亮：溶液是蓝色的。这是与以往所看到的现象是不一样的。在以往的实验操作中由于有黑色不溶物的出现，基本上看不到蓝色溶液。而这一次的误打误撞，得出了与理论相一致的现象，其机理是怎样的呢？另本实验的设计存在明显不足：使用铜片，不便控制反应，若按教参上介绍的方法将铜片改为螺旋状铜丝，在橡皮塞内难以上下抽动，若穿过铜丝的孔打得过大，装置密封性又受到影响。为此，我决定对该实验进行探究。
二、实验与分析
1、装置改进
将课本上的反应装置改为如下图所示。用该装置演示本实验，简易可行，可防止污染。铜丝在玻管内上下抽动可直接控制浓硫酸与铜是否接触，根据需要可随时停止反应。
该装置还有一大优点是用U型管盛放品红试液起液封作用，乳胶头套在玻管上提高了整个装置的密封程度，尽可能的减少了SO2泄露。
2、最佳反应条件
按照课本知识，浓硫酸与铜在加热条件下，发生如下如应：
Cu ＋ 2H2SO4 （浓） CuSO4 ＋ 2H2O ＋ SO2 ↑
生成物的水溶液应显蓝色（CuSO4 溶液的颜色）。但在实际操作中，按照常规操作方法，往往有黑色不溶物出现，基本上看不到蓝色的CuSO4 溶液。通常认为其原因是Cu与浓H2SO4在加热时还发生了下列反应：
4H2SO4 （浓）＋ 5Cu Cu2S ↓＋3CuSO4 ＋4H2O
Cu2S ＋ 2H2SO4 （浓） CuS↓ ＋ CuSO4 + SO2 ↑＋ 2H2O
Cu2S、CuS溶解度很小，由于它们的存在，该实验演示效果也就不佳。比较以往的操作方法和这次意外的做法，我从反应温度和硫酸浓度以及试剂的添加顺序几个方面进行探究，做了如下实验：
编号 实验内容 实验现象
1
2
3
4
做完上述实验后，再配制75%～97%的各种不同浓度的硫酸，分别取约5mL硫酸先加热至接近沸腾，再与铜接触发生反应。试验结果表明：当硫酸浓度为84%～90%这一范围内时，反应所需的时间性较短，试管内溶液呈明显蓝色，持续加热，U型管内品红溶液红色褪去，具支试管内溶液蓝色不变。
三、结论
从上面的实验可知，该实验成功的关键是：先单独加热硫酸（浓度为84%～90%），待硫酸的温度上升到接近沸腾时（此时可看到浓硫酸内产生少量气泡），再使铜与浓硫酸接触，使其反应。用这种方法演示该实验，反应后的溶液显蓝色，基本上没有黑色不溶物出现，能与课本上的理论知识很好吻合，演示效果好，说服力强。用改进后装置演示本实验，简易可行，防止污染，整个反应所需时间明显缩短。
