跟稀溶液反应生成黑色物质之谜

Zn跟稀CuSO₄溶液反应生成黑色物质之谜

Zn跟稀CuSO₄溶液反应要生成一种黑色粉末状物质，这应当说是一个众所周知的化学现象和事实，但这种黑色粉末的化学成分是什么，至今还没有统一一致的共识。为了对这一基础化学实验现象有一个更加切合实际的认识，我们设计了以下几项实验进行探索。

实验一、在10只试管里分装15～20毫升水，依次加1到10滴饱和CuSO₄溶液，静置观察：

1.因Cu2＋水解，立即出现略显白色样浑浊，而且溶液越稀浑浊得越快（几秒钟之内）。

2.1～2小时之后，析出蓝色Cu（OH）₂沉淀，而且溶液越稀越难析出沉淀，成为较稳定的Cu（OH）2胶体溶液。

实验二、把Zn片投入稀CuSO₄溶液中，光亮的锌片迅速变黑，溶液颜色变浅，随即开始出现氢气泡。

实验三、用软刷子轻轻刷下Zn片表面上的黑色粉末，用蒸馏水多次洗涤、干燥并进一步做以下几项实验预测。

1.在少量的黑色粉末上加1—2滴浓HNO₃，立即产生大量红棕色NO₂。这表明有单质Cu，可疑有单质Zn。

2.在少量黑色粉末中加入稀HCl，粉末由黑变红并放出大量气体。这既可以确认有单质Zu，又可以确认有单质Cu（红色）。

3.在少量黑色粉末中加入氨水，溶液显蓝色，这表明黑色粉末中有Cu（OH）₂。

Cu（OH）₂＋4NH₃·H₂O＝〔Cu（NH₃）₄〕（OH）₂＋4H₂O

4.在少量黑色粉末中加入NaOH溶液并加热煮沸，粉末由黑变红（Cu）。

5.把黑色粉末隔绝空气或在惰性的CO2气氛中加热，粉末也由黑变红，这说明有如下反应发生：

Cu（OH）₂＋Zn△ZnO＋Cu（红）＋H₂O

根据以上实验及其分析，我们有理由断定，Zn跟稀CuSO₄溶液（不是浓CuSO₄溶液l）反应生成的黑色粉末状物质的化学成分，既不是Zn中的杂质，也不是纯Cu，更不是CuO，而是由单质Cu，单质Zn和当初水解生成的Cu（OH）₂三者组成的混合物。