在試管中加入一塊銅片，注入少量濃硫酸，加熱片刻。在試管口的溼潤的蘭色石蕊試紙變紅（SO2生成），未反應完的銅表面黑色的不溶物，試管底部還有少量的灰黑色的沉澱；將試管內的溶液倒入另一支盛有水的試管中很難觀察到溶液變藍。出現這種情況，一來沒有達到實驗的目的，二來在教學過程很難解釋實驗過程中出現的異常現象。 其實那黑色的物質是CuS、Cu2S等硫化物，灰黑色的沉澱是CuS、Cu2S等與CuSO4的混合物。整個反應是在非水溶液中進行的，反應過程中生成的少量的水以水蒸氣釋放出，生成的CuSO4幾乎沒有水溶解而以白色沉澱出在試管中。反應後試管中的溶液幾乎都是濃H2SO4 ，被倒出稀釋的是H2SO4 而不是CuSO4溶液，故很難觀察到溶液變藍。 用熱力學分析以上現象則結論更可靠。1．對於簡單反應的熱力學分析Cu與濃H2SO4的反應，如果有CuO、Cu2O、CuS、Cu2S生成，則可能有下列反應發生：① Cu+H2SO4==CuO+SO2+H2O②2Cu+H2SO4==Cu2O+SO2+H2O2Cu+2H2SO4==2CuS+2H2O+3O2④4Cu+2H2SO4==2Cu2S+2H2O+3O2這四個反應的熱力學計算結果，列於表1。2．對於耦合反應的熱力學分析表面看反應中Cu2S與CuS不能生成，但反應(3)、(4)均有氧產生，且濃硫酸加熱即有氧產生，而反應實際中，體系釋放出的氧又很少，那麼，下列反應在體系中一定發生(產物與①②相同)⑤2Cu+O2==2CuOΔG=-258.8⑥4Cu+O2==2Cu2OΔG=-301按照反應的耦合觀點分析，則Cu2S、CuS可以產生。所謂耦合，即是兩個或兩個以上體系透過各種相互作用彼此影響，以至聯合起來的現象。在化學中常把一個不能自發進行的反應和另一個易自發進行的反應耦合(這個易自發的反應能消耗掉非自發反應的某種產物)。從而構成一個可以自發進行的反應。我們把非自發的反應③④與自發的反應⑤⑥進行耦合，則有下列結果：反應③+3×⑤⑦ 8Cu+2H2SO4==2CuS+6CuO+2H2O反應④+3×⑤：⑧10Cu+2H2SO4==2Cu2S+6CuO+2H2O反應③+3×6：⑨14Cu+2H2SO4==2CuS+6Cu2O+2H2O反應④+3×⑥：⑩16Cu+2H2SO4==2Cu2S+6Cu2O+2H2O耦合反應的熱力學分析結果如表2。由耦合反應的熱力學分析結果可知：(1)根據反應的計量關係，在參加反應的濃硫酸量均相同的情況下，這四個反應中，反應⑩的ΔG負值最大，且反應掉的銅最多。因此，首先產生的黑色物質應是黑色的Cu2S與被黑色掩蔽的棕紅色的Cu2O的混合物。(2)四個耦合反應的ΔG的順序差值(如-169.48與-104.08的差值)均略大於60kJ·mol-1。在反應⑩的反應趨勢相當大的情況下，⑨只能在反應進行到一定程度後發生，⑧的ΔG是負值，反應可發生，但因有⑩、⑨的制約，不太容易，⑦則不能發生。因此，體系中的黑色物質主要是Cu2S與Cu2O的混合物。這個熱力學計算的結果與文獻中的粗略推斷，頗為一致。3．Cu2S、Cu2O轉為CuSO4的熱力學分析銅與濃硫酸的反應很複雜。反應中有少量CuS、CuO生成，按前面的分析是不可避免的。這裡，CuO可溶於濃硫酸：CuO+H2SO4==CuSO4+H2OΔG=-79.36kJ·mol-1CuS可溶於熱的濃硫酸，從熱力學計算也可知：CuS+2H2SO4==CuSO4+SO2+2H2O+SΔG=-2.28kJ·mol-1，ΔS＞O升溫有利於反應向右進行。現在分析一下主要產物Cu2S與Cu2O在濃硫酸中的溶解性。Cu2O可溶於濃硫酸：Cu2O+H2SO4==CuSO4+H2O+CuΔG=-58.24kJ·mol-1Cu2S在濃硫酸中的溶解較為複雜，下面是幾個反應的耦合式：Cu2S+2H2SO4==CuSO4+Cu+S+SO2+2H2OΔG=30.42kJ·mol-1，ΔS=127.51Jmol-1ΔH=68.44kJ·mol-1t＞264℃時、反應可進行這個溫度在濃硫酸的沸點以下，可以達到。且，實際上反應中的產物SO2不斷逸出，此反應向右進行是可能的。但在一定時間內，反應、進行不完全。反應、進行的程度也遠不如⑨，⑩。這就是取出銅片後，我們仍看到有黑白(白色是S)相間的物質存在的主要原因。綜上所述，銅與濃硫酸的反應，在體系內主要生成Cu2S、Cu2O。濃硫酸含水相當少，一價銅在幹態情況下較穩定，所以一定時間內在體系中溶解不完全。故體系中雖有CuSO4產生，但量不大，且不易生成CuSO4·5H2O及Cu2+。因此反應停止後，看不到二價銅水合物的明顯藍色。