根据以上设计思路，本实验使用医用点滴管进行加工，制作成倒Y型一分为二的导气管，分别插入品红溶液和滴有泡泡水的硫酸铜溶液中，装置实物图如图1所示。

图1 浓硫酸与锌粒反应气体产物检验装置实物图

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实验现象

往试管中加入5粒锌粒，倒入20 mL左右浓硫酸，加热。一段时间后，2个小烧杯内均有连续气体冒出，硫酸铜溶液表面有无色气泡形成。用燃烧着的香条靠近，气泡燃烧且伴有明显的爆鸣声。在试管的上方，还可以观察到有黄色蒸气生成（图2）。

图2 无色泡沫燃烧，试管上方有黄色蒸气

根据以上实验现象，说明该浓度的浓硫酸与锌粒反应还原产物有氢气和硫。这个结果与前述题目、段昌平及《无机元素化学》所述均不相同。特别是有氢气的生成，更是令人疑惑。氢气的产生是否因为浓硫酸的浓度不够高？或者与所用的硫酸存在其他杂质有关？换用1.84 g/mL（20 ℃）、对应浓度为98.0%的浓硫酸，或者换用其他瓶相同密度的硫酸，反应现象依然如此，说明浓硫酸与锌反应确实可以产生氢气。而浓硫酸中主要存在硫酸分子，极少量的水也是以水合硫酸分子的形式存在，不存在氢离子，怎么会有氢气产生呢？

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提出设想

活泼金属如钠、钾与浓硫酸在常温下反应可以产生氢气，相关研究认为：由于浓硫酸中含有少量水，钠、钾等与水电离的H3O+反应，生成了氢气和硫酸盐[4-5]。但是，较为活泼的金属锌不与水反应，无法按照活泼金属产生氢气的原因进行解释。关于硫酸的性质，高等学校教材《无机化学》上册[6]有以下论述：100%的H2SO4具有相当高的导电率是由于它的自偶电离生成以下2种离子：2H2SO4 H3SO4+ + HSO4－, K=2.7×10-4。说明无水硫酸中存在类似水的自偶电离，且电离程度比水大得多。联想到活泼金属钠、钾等与水反应时，与水进行自偶电离2H2O ÛH3O+ + OH-有关。即活泼金属与水自偶电离产生的H3O+反应产生氢气脱离反应体系，破坏了电离平衡，使反应可以持续进行。由此，可以设想，锌之所以可以与浓硫酸反应产生氢气，原因和浓硫酸的自偶电离有关。锌与浓硫酸自偶电离产生的H3SO4+反应产生氢气脱离反应体系，使反应可以持续进行。

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实验验证

为了验证以上设想，找出金属活动性顺序在锌前后的几种金属如铝、铁、铜等与1.80g/mL的浓硫酸（20℃，浓度为86.7%）反应，并就金属的形态分粉末状与非粉末状2种情况进行实验。经过8组对照实验，具体实验数据如表1所示：

表1 不同金属与浓硫酸反应的还原产物对比

实验过程中，探究2为铝粉与浓硫酸反应，不加热无明显现象，加热后反应较为剧烈，为避免出现安全事故，反应后撤去酒精灯。探究6为铁粉与浓硫酸反应，不加热就可以反应，也可以产生气泡，但反应速度较慢，故而加热，使其反应加快，可以收集到大量气泡以便检验。

根据以上数据，可以看出铝片、铝粉、锌粒、锌粉、铁粉在加热条件下与浓硫酸反应，均有氢气产生，而铜片、铜粉均无氢气产生。出现异常的是铁丝不能与浓硫酸反应产生氢气，由于所用的铁丝是日常生活中的五金用品，可能存在其他杂质的干扰。综上所述，可以得出结论：较为活泼的金属与浓硫酸反应产生氢气的可能性是存在的，而且氢气是多种气体还原产物中出现频率较高的气体。

上述实验的结果对提出的设想有了初步的印证，但是由于理论水平有限，无法进行深入的论证。希望通过问题的提出，引发更多的验证与讨论，以期进一步找出浓硫酸与较为活泼金属反应可能产生氢气的真正原因。

参考文献

[1] 段昌平.化学教学,2012(4):77-79

[2] 刘新锦,朱亚先,高飞.无机元素化学.2版.北京：科学出版社,2011:127

[3] 叶永谦,张贤金,吴新建，等.化学教学,2015(2):62-63

[4] 张万伦,刘文明.重庆师范学院学报（自然科学版）,1985(1):139-142

[5] 张万伦,刘文明.大学化学,1998(5):64

[6] 北京师范大学,华中师范大学,南京师范大学无机化学教研室.无机化学（上册）.3版.北京：高等教育出版社,1995:464

引用本文

叶永谦, 张贤金, 吴新建. 浓硫酸与锌反应产生氢气的验证及原因探究[J]. 化学教育（中英文）, 2017, 38(15): 72-74返回搜狐，查看更多