[发明专利]铜离子直接氧化硫离子的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于化学化工技术领域，具体涉及一种铜离子直接氧化硫离子的装置及方法。

背景技术

在化学理论中，电极电势高于从原理上来说，把硫酸铜溶液与硫化钠溶液混合，Cu²⁺是可以直接氧化S^2-成单质硫S而自身被还原为金属铜Cu的：Cu²⁺+S^2-＝Cu+S。但实验中根本没有也不会发生氧化还原反应，而是发生了沉淀反应：Cu²⁺+S^2-＝CuS↓(黑色)，该化学反应可参见：①北京师范大学，华中师范大学，南京师范大学，无机化学[M]，第3版，北京：高等教育出版社，1993年，第791页。②吉林大学，武汉大学，南开大学，无机化学(下册)[M]，第3版，北京：高等教育出版社，2015年，第608页。③吉林大学，武汉大学，南开大学，无机化学(下册)[M]，第2版，北京：高等教育出版社，2010年，第556页。④武汉大学，吉林大学，无机化学(下册)[M]，第3版，北京：高等教育出版社，2004年，第835页。显然，该反应现象是因为沉淀反应速率快于氧化还原反应速率的缘故，实践证明，用现有技术是无法实现Cu²⁺直接氧化S^2-的。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种铜离子直接氧化硫离子的装置。

本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现的：该铜离子直接氧化硫离子的装置，它包括一个小烧杯，小烧杯中放有两个无底试管；小烧杯中装有饱和氯化钾琼脂流体，两个无底试管被饱和氯化钾琼脂流体固化后的冻胶封底；在两个无底试管中分别装入硫酸铜溶液和硫化钠溶液；一根导线的两端各连接有一个惰性电极，将该导线的两端惰性电极分别插入两个无底试管的硫酸铜溶液和硫化钠溶液中。

进一步，在所述导线的中间连接有一个电流计。

进一步，在所述导线的中间连接有一个电压表。

具体的，所述惰性电极为石墨电极或铂电极。

本发明的目的之二在于提供基于上述铜离子直接氧化硫离子的装置的铜离子直接氧化硫离子的方法，该方法包括如下顺序的步骤：

(1)将两个无底试管插入小烧杯中；

(2)在小烧杯中倒入配制好的饱和氯化钾琼脂流体，两个无底试管被饱和氯化钾琼脂流体固化后的冻胶封底；

(3)在两个无底试管中分别倒入配制好的硫酸铜溶液和硫化钠溶液；

(4)将一根导线的两端各连接一个石墨或铂的惰性电极，把两个惰性电极分别插入两个无底试管的硫酸铜溶液和硫化钠溶液中；

(5)1h后，插入硫酸铜溶液的电极下部端面有明显红色的固体生成，这种固体即为铜离子Cu²⁺被还原后的金属铜Cu，随着时间的推移，电极下部侧面也出现红色的固体，并且越来越多；起初一段时间硫化钠溶液没有明显颜色变化，6h后发现其颜色渐渐变黄，并越来越黄，这种黄色即为硫离子S^2-被氧化成单质硫S，单质硫S再与硫离子S^2-缓慢反应成的多硫离子S_n^2-的颜色。

具体的，所述硫酸铜溶液的浓度为1mol/L，硫化钠溶液为饱和溶液。

进一步，在连接两个惰性电极间的导线中连接一个电流计，实验过程表明电路中有电流通过。

进一步，在连接两个惰性电极间的导线中连接一个电压表，实验过程表明电路中有电动势。

本发明有效地解决了铜离子直接氧化硫离子的问题，不仅有助于从理论上和实验中充分认识铜离子和硫离子的化学性质，而且为生产、生活、科研与教学提供了有力的实验依据，同时也为有效培养学生创新思维意识和创造能力增添了范例。本发明可靠性强、重现性好、成功率高；现象明显、富有个性；药品、材料易得；仪器、装置简单，操作便捷、安全性强，还可实现废物资源化；并可应用于电池等生产领域中。

附图说明

图1是本发明实施例装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。