銅片在鹽酸中為什么意外變綠

湖北省赤壁市黃蓋湖學(xué)校(437300) 馮雨燕

湖北省赤壁市實(shí)驗(yàn)中學(xué)黃新階名師工作室(437300) 陳 乘 任和林

根據(jù)人民教育出版9年級化學(xué)下冊第8單元的教學(xué)內(nèi)容，筆者組織學(xué)生進(jìn)行了不同金屬與稀酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后，當(dāng)時有一個組的學(xué)生未及時清洗實(shí)驗(yàn)儀器，一個星期后準(zhǔn)備做其他實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象：在上次驗(yàn)證“銅片與稀鹽酸不發(fā)生反應(yīng)”的試管中，溶液居然變成了綠色，繼續(xù)觀察，7天后試管中還出現(xiàn)了藍(lán)色沉淀。

教科書強(qiáng)調(diào)銅是活動性比較弱的金屬，其金屬活動順序排在氫后面，不能置換出稀酸中的氫，教輔資料及網(wǎng)絡(luò)中描述稀鹽酸及稀硫酸都不能和銅發(fā)生反應(yīng)。在盛放銅片與稀鹽酸混合物的試管中，是什么原因?qū)е氯芤鹤兂闪司G色?是銅與稀鹽酸反應(yīng)生成了新物質(zhì)嗎?帶著問題，筆者進(jìn)行了如下探究。

1 實(shí)驗(yàn)一：探究銅與稀鹽酸的反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)：用砂紙將銅片打磨光亮后，剪成小片，分別放入4個小燒杯中，編號為1、2、3、4號，再把配制好的濃度為1%、5%、10%、15%的稀鹽酸分別倒入4個盛放銅片的小燒杯中。

一個星期后觀察到：4個燒杯中銅片都發(fā)生了變化，且鹽酸濃度越高，銅片剩余越少，溶液顏色也變成藍(lán)色，其中4號燒杯中的溶液已變成了綠色。一個月后觀察到：1號燒杯中出現(xiàn)了藍(lán)色沉淀。

結(jié)論：銅可以與鹽酸反應(yīng)，且鹽酸濃度越大，反應(yīng)速率越快。

2 實(shí)驗(yàn)二：探究銅與稀鹽酸反應(yīng)的產(chǎn)物有沒有氯化銅

假設(shè)：若銅與稀鹽酸發(fā)生置換反應(yīng)，則產(chǎn)物有CuCl2。

實(shí)驗(yàn)：取實(shí)驗(yàn)一燒杯中的藍(lán)色溶液于試管中，滴加過量NaOH溶液，結(jié)果無藍(lán)色沉淀產(chǎn)生，說明銅與稀鹽酸反應(yīng)得到的藍(lán)色溶液中不含游離態(tài)Cu2＋，產(chǎn)物不是CuCl2。

實(shí)驗(yàn)：取實(shí)驗(yàn)一燒杯中的藍(lán)色固體物質(zhì)于試管中，加水震蕩，發(fā)現(xiàn)藍(lán)色固體不溶于水，再滴加稀鹽酸，藍(lán)色固體溶解，說明藍(lán)色固體能與稀鹽酸反應(yīng)。在被鹽酸溶解后的液體中滴加足量NaOH溶液，出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，加熱該沉淀物，迅速由藍(lán)色變成黑色。

結(jié)論：藍(lán)色不溶物是過量的銅與空氣中的氧氣、二氧化碳及水作用生成的堿式碳酸銅。銅與稀鹽酸反應(yīng)后的產(chǎn)物不是CuCl2，銅與稀鹽酸的反應(yīng)不是置換反應(yīng)。

3 實(shí)驗(yàn)三：探究銅是否能與稀硫酸反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)：將打磨光亮的銅片剪成小片，分別放入稀硫酸、氯化鈉溶液、氯化鈉溶液與稀硫酸混合溶液中，放置一周時間。觀察到稀硫酸、氯化鈉中的銅片均無明顯變化，溶液未變藍(lán)，而混合溶液中銅片卻全部消失，且溶液變?yōu)樗{(lán)色。

結(jié)論：銅不能與稀硫酸反應(yīng)，硫酸中混入Cl－就可以和銅發(fā)生反應(yīng)。

查閱文獻(xiàn)得知，銅與鹽酸反應(yīng)不可能生成氯化銅。銅片與稀鹽酸混合液試管中，溶液變成了綠色，發(fā)生如下反應(yīng)：

除此反應(yīng)之外，試管中的藍(lán)色物質(zhì)還有銅與空氣中的氧氣、二氧化碳及水作用生成堿式碳酸銅及其他復(fù)雜絡(luò)合物。因含[CuCl4]2－配離子顯黃色，含[Cu(H2O)4]2＋配離子顯藍(lán)色，兩者并存濃度相近時就顯綠色。由于在氯化銅稀溶液中主要存在[Cu(H2O)4]2＋，較少存在[CuCl4]2－，所以呈現(xiàn)藍(lán)綠色、藍(lán)色或淡藍(lán)色。在氯化銅濃溶液中主要存在[CuCl4]2－，較少存在[Cu(H2O)4]2＋，溶液會呈現(xiàn)黃綠色甚至棕綠色。

4 實(shí)證結(jié)論及建議

銅與稀鹽酸反應(yīng)速率很慢，鹽酸濃度越高，反應(yīng)速率越快。生成物不含氯化銅，是堿式碳酸銅及其他復(fù)雜絡(luò)合物。銅不與稀硫酸反應(yīng)，如果稀硫酸中混入Cl－則可以和銅發(fā)生反應(yīng)。銅片在稀鹽酸中變綠，其實(shí)質(zhì)是銅、鹽酸和溶解在酸液中的氧氣反應(yīng)，由于氧氣量少，空氣中的氧氣溶入酸液的速率非常緩慢，導(dǎo)致短時間觀察不到變化。

自來水采用氯氣消毒，在消毒后應(yīng)嚴(yán)格控制水中的H＋、Cl－含量，否則銅芯水龍頭會發(fā)生反應(yīng)生成堿式碳酸銅(易結(jié)垢)，縮短其使用壽命。

反應(yīng)速率非常緩慢的化學(xué)反應(yīng)在短時間內(nèi)無法呈現(xiàn)明顯的現(xiàn)象，我們不能輕易得出不反應(yīng)的結(jié)論。在探究不同金屬與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)的教學(xué)中，應(yīng)注意表述的準(zhǔn)確性，“銅不與稀鹽酸、稀硫酸發(fā)生反應(yīng)”的說法是不正確的。建議把教輔資料和網(wǎng)絡(luò)資料中的“銅與稀鹽酸(稀硫酸)不反應(yīng)”改為“銅不能置換出稀鹽酸或稀硫酸中的氫”。