铜与常见酸反应边界浓度的探究-《化学教学》(2021年2期).docx

龙源版权所有 铜与常见酸反应边界浓度的探究作者：韦永华 钱胜 周宗敏来源：《化学教学》2021年第02期 摘要： 以铜与各种酸发生反应时所需浓度作为探究内容，通过系列实验，发现铜分别与盐酸、硫酸开始发生反应的起始浓度、铜与硝酸反应生成NO的浓度以及与硝酸反应生成NO2的浓度，并得出相应结论。对实验及结论进行了讨论。 关键词： 铜与酸反应; 边界浓度; 实验探究 文章编号： 1005-6629（2021）02-0067-04 中图分类号： G633.8 文献标识码： B 1 问题提出 金属与酸反应是中学化学教学的重要内容，我们从《无机化学》[1]中查阅到下面的一段文字： 例如硝酸和铁反应，随着硝酸浓度的增大，产物中NH3（酸性介质中为NH+4）的含量逐渐减少。当硝酸的浓度达到40%时，NH3已不存在，此时主要产物为NO，其次为NO2和微量的N2O。当硝酸的浓度增大到56%时，其还原产物主要是NO2。当硝酸浓度增大到68%时，则不再与铁反应而钝化。具体情况如图1所示。 由此引发思考： 在常见的金属中，铜扮演着重要的角色。相对于铁和铝易与浓硫酸（浓硝酸）发生钝化反应相比，它与非氧化性的稀酸不反应的事实更符合金属活动性顺序。所以，在各种版本的现行高中教材中都有铜与酸的相关反应。但这里的浓或稀是一种相对概念，浓到什么程度叫做“浓”，稀到什么程度又称之为“稀”？經查阅众多资料，对于铜能与多大浓度（我们称之为“边界浓度”）的各种酸反应，仍没有找到令人满意的答案。本文想从实验的角度，来研究铜能与何种浓度的盐酸、硫酸反应？铜与何种浓度的硝酸反应主要生成NO？能生成NO2的边界浓度又是多少？等等。需要说明的是，下面的实验均被反复重做多次，其重现性良好，故实验现象及相关结论是可靠的。 2 实验部分 2.1 实验药品及仪器 药品： 铜片、浓盐酸、浓硫酸、浓硝酸、蒸馏水、石蜡油、氨水 仪器： 试管、酒精灯、量筒、试管夹、铁架台、烧杯、石棉网 2.2 铜与不同浓度盐酸溶液反应的边界浓度 由于铜的活动性，使其通常情况下不能与稀盐酸反应。但若选用铜片或铜丝与浓盐酸混合并加热，则发生反应： 2Cu+8HCl2H3[CuCl4]+H2↑;若改用铜粉，则发生反应： 2Cu+4HCl2H[CuCl2]+H2↑[2]。原因是Cl-具有较强的配合作用，在一定条件下，浓盐酸中的Cl-与Cu+结合生成[CuCl2]-、 [CuCl3]2-、 [CuCl4]3-等，同时产生的氢气逸散，双重因素共同影响，使反应的平衡正向移动。上述文献从理论角度说明了铜能与浓盐酸反应的客观事实。为了验证多大浓度的浓盐酸能与铜反应，我们进行了如下探究实验。 把市售浓度为37%、密度为1.18g/cm3的浓盐酸，与水分别按体积比为10∶0， 9∶1， 8∶2……0∶10混合，配制成各种浓度的盐酸。取10支试管，分别加入适量相同大小的光亮铜片，把配好的各种浓度的盐酸分别倒入试管，浸没铜片。为了减少HCl的挥发及空气中的O2可能对实验带来的影响，在混合物上加一层石蜡油液封。把酒精灯调至小火，小心持续加热，使盐酸处于微沸状态30min。然后，把观察到的实验现象记录于表1（注： 为了方便列表，空白实验没有在表中列出，后续硫酸和硝酸没有进行空白实验）。 为了尽可能减少HCl挥发对溶液浓度的影响，我们把加热方式改成沸水浴加热，产生气泡的现象虽不如直接加热明显，但溶液颜色的变化趋势与上表所述基本一致。为了找到更精确的反应边界浓度，我们又补做了介于12%～16%之间的14%的盐酸与铜加热后的反应，溶液几乎呈无色。取反应后的黄色溶液少许，逐滴加入过量浓氨水。开始滴加氨水的一瞬间，在溶液表面，液滴周围出现淡淡的蓝色，振荡后蓝···试读结束