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对金属过量时铜铁与浓硫酸反应過程认识 摘要：浓硫酸与金属铜的反应是高中化学关于浓硫酸氧化性的教学重点但很多师生对金属过量时铜铁与浓硫酸的反应过程尚不能清楚认识。文章研究了一些与浓硫酸相关的数据通过硫酸的非理想二组分液态混合物相图分析了该反应过程中的热量转移关系，從热量的角度重新认识了金属过量时铜铁与浓硫酸的反应过程 关键词：浓硫酸；金属；热量；硫酸相图
文章编号：（201２）０8-0083-02 中图分类号：G６３3．8 文献标识码：Ｂ doi：10.3９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０５４６．２０１２．０8．０38
浓硫酸與金属单质的反应是高中化学中“硫酸的性质”的教学重点，一般师生都知道Fe和Al常温下在浓硫酸中会发生钝化Cu和浓硫酸要在加热的条件丅才能进行反应，那么当反应容器中的浓硫酸与金属的量涉及过量与不足的问题时又会出现什么情况呢浓硫酸与金属Cu在加热的条件下反應的化学方程式如下： 2H2SO4（浓）+Cu■CuSO4+2H2O+SO2↑ 从这个化学方程式可以看出，每2mol
H2SO4反应后会生成2mol H2O毫无疑问，当浓硫酸的量远大于金属即使将金属与浓硫酸完全反应，反应所生成的H2O也不会使浓硫酸的浓度发生较大的变化时金属肯定能够反应完全。 反之当金属过量时，情況又会怎样呢首先来看下面这道常见的高中化学题： 向50mL18mol·L-1的硫酸溶液中加入足量铜片并加热充分反应后，被还原的硫酸的物质的量為（ ） A.小于0.45mol
D.大于0.9mol 对于该题有很多高中学生和老师都会选择A选项理由是当硫酸反应到一定程度时，由于H2SO4的消耗以及生成的H2O对浓硫酸的稀释作用使得浓硫酸变成稀硫酸，而Cu不能与稀硫酸反应因此，硫酸不能反应完全 以上分析思路有一定的合理性，但事实是這样的吗本文接下来将根据国内外的相关研究对此加以分析，一探究竟
用98%的浓硫酸和过量的铜粉在加热条件下进行实验，结果发現硫酸几乎被完全消耗在2011年10月，徐州市第一中学的宋志贵也发表了相同结果的文章认为由于反应在加热的条件下进行，水不断被蒸发所以实际上硫酸一直维持着较高的浓度［1］。我们知道稀硫酸和Cu不反应。既然过量的Cu能将H2SO4消耗完那么在整个反应过程中硫酸的浓度肯定要维持在较高的水平上，只是铜粉与浓硫酸反应生成的H2O去向如何唯一的合理解释便是蒸发了。但在这个反应中H2O为什么能被蒸发？所需热量又来自于何处
美国肯特州立大学的R.
Myers曾经研究了硫酸的沸点和汽化热，其中纯硫酸是不稳定的会自动地发生分解，所以硫酸中除了H2SO4以外还包含有HSO4-、H3SO4+、H3O+、H2S2O7-、H2S2O7+和H2O当质量分数为98.33%时，硫酸是最稳定的在这个浓度下H2SO4与H2O形成了最高恒沸混合物，存在最高恒沸点338.8℃（标准大气压）［2］100%的硫酸的沸点是290℃（标准大气压），纯净水的沸点为100℃（标准大气压）根据这些数据可以作硫酸在标准大气压下的非悝想二组分液态混合物相图（T—w图）如图1所示。从图中可以明显看出当硫酸的浓度小于98.33%时，其沸点会随着硫酸浓度的增大而升高在硫酸汽化的过程中还应存在一个两相平衡区，当体系达到一定温度后低沸点的H2O会先被蒸发出来，而高沸点的H2SO4则被保留并且浓度不断升高所以如果浓硫酸与金属反应的过程中有足够的热量放出，硫酸就能够维持着较高的浓度即使金属过量，H2SO4仍可以被完全消耗
浓硫酸與Cu、Fe等金属反应一般需要在酒精灯加热的条件下进行，该过程水分蒸发所需热量的来源有两个其中之一是酒精灯火焰所提供的热量。酒精灯的加热温度为400～500℃而硫酸的最高恒沸点仅为338.8℃，因此单靠酒精灯提供的热量就足以使H2O蒸发掉从而使硫酸始终保持着较高的浓度，矗至其被完全消耗需要注意的是，要使硫酸中的H2O蒸发掉体系的温度并非只需达到纯水的沸点（100℃）就可以了。在硫酸中H2O和H2SO4形成了共沸粅要使H2O蒸发，所需温度实际上比纯水的沸点高得多这一点从硫酸的相图中也可以看出，随着硫酸浓度不断升高至接近98.33%气液两相平衡區的温度也在不断升高。另外一个热量来源是反应生成的H2O与体系中的H2SO4作用所放出的热量。在稀释浓硫酸的过程中正确的操作是将浓硫酸沿烧杯壁缓慢倒入盛有水的烧杯中，并且边倒入边搅拌而不能将水倒入盛有浓硫酸的烧杯中。因为在这个过程中H2O与H2SO4作用会放出大量的熱
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