[实用新型]铜离子直接氧化硫离子的装置

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

在化学理论中，电极电势高于0.508V，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

本实用新型的目的在于提供一种铜离子直接氧化硫离子的装置。

本实用新型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。

本实用新型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。本实用新型可靠性强、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是本实用新型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实用新型作进一步详细的描述。

参见图1，本实施例铜离子直接氧化硫离子的装置包括小烧杯1，小烧杯 1中放有两个无底试管2；小烧杯1中装有5cm高度的饱和氯化钾琼脂流体3， 两个无底试管被饱和氯化钾琼脂流体3固化后的冻胶封底；在两个无底试管2 中分别装入浓度为1mol/L的硫酸铜溶液4和饱和硫化钠溶液5；导线6的两端 各连接有一个石墨惰性电极7，将该导线6的两端惰性电极7分别插入两个无 底试管2的硫酸铜溶液4和硫化钠溶液5中。从图1中可见，在连接两个惰性 电极7之间的导线6中连接一个电流计8，实验过程表明电路中有电流通过， 且电流方向是由浸入硫酸铜溶液的电极流向浸入硫化钠溶液的电极的。

本实施例铜离子直接氧化硫离子的方法及过程如下：

取用20ml配制好的浓度为1mol/L的CuSO₄溶液和20ml饱和的Na₂S溶液，分别加入两支放在小烧杯1中用饱和氯化钾琼脂流体固化后的冻胶封底的无底试管2中。在导线6两端连接石墨惰性电极7后，把两个惰性电极7分别插入无底试管2中的CuSO₄溶液和Na₂S溶液中，观察无底试管2中溶液的颜色变化和电极的现象。实验结果表明，随着反应慢慢进行，Na₂S溶液由无色逐渐变成浅黄色，随着时间的延长，颜色逐渐明显加深。这是电极发生了氧化反应：S^2-—2e^-＝S，氧化产生的S与溶液中的S^2-反应：(n值小时为黄色)。而同时放置在空气中的硫化钠溶液(对照实验)仍为无色溶液，说明上述所生成的黄色不是S^2-因空气中的O₂氧化成了S，S再与S^2-反应所致。实验中发现硫酸铜溶液的颜色起初虽无明显变化，1h后，插入硫酸铜溶液的电极下部端面有明显红色的固体，这种固体经检验即为金属铜Cu，随着时间的推移，电极下部侧面也出现红色的固体，并越来越多，说明Cu²⁺被还原了：Cu²⁺+2e^-＝Cu。在两个惰性电极7间的导线中连接一个电流计8，电路中有电流通过，且电流方向是由浸入硫酸铜溶液的电极流向浸入硫化钠溶液的电极的，因而成功地实现了Cu²⁺直接氧化S^2-之目的：Cu²⁺+S^2-＝Cu+S。