有关实验现象分析如下:

硫酸与铜共热时溶液中先产生黑色物质后变成灰白色物质的原因

浓硫酸与铜共热反应是分步进行的,铜先被浓硫酸氧化为黑色的氧化铜,氧化铜再与硫酸反应生成硫酸铜,这是反应过程中的主要化学反应，同时反应过程中还伴有一些副反应,如生成有CuS、Cu₂S等黑色物质,随着反应的进行,这些物质又被浓硫酸氧化生成硫酸铜、二氧化硫、硫等物质.其副反应5Cu+4H₂SO₄(浓)= 3CuSO₄+Cu₂S+4H₂O，Cu₂S+2H₂SO₄(浓)=CuSO₄+CuS+ SO₂↑+2H₂O，CuS+2H₂SO₄(浓)=CuSO₄+SO₂↑+S+2H₂O，S+2H₂SO₄(浓)=3SO₂↑+2H₂O，反应过程中产生的黑色物质是CuO、Cu₂S、CuS等,后来转变为灰白色物质是未溶解于浓硫酸中的CuSO₄.

产生大量白色烟雾及凝聚的淡黄色固体物质慢慢消失的原因

由于反应溶液处于沸腾状态(浓硫酸的沸点温度为338℃),反应中生成的水及一定量的硫酸变成蒸气,因而在试管上方形成了硫酸的酸雾.浓硫酸与铜共热时的副反应中生成的硫在此温度下有一部分变成了硫蒸气从溶液中逸出,硫蒸气先被冷凝成淡黄色固体附着在试管壁上.随着试管内温度的逐渐升高,硫酸蒸气将凝聚的硫氧化为二氧化硫而慢慢消失.其反应的方程式为:S+2H₂SO₄(浓)=3SO₂↑+2H₂O

 铜过量时浓硫酸全部反应完的原因

有人认为,浓硫酸与过量的铜反应终了时,铜和硫酸(变为稀硫酸)都有剩余.其理由是随反应进行时,由于硫酸的不断消耗和水的不断生成,致使硫酸浓度慢慢减小,当其变成稀硫酸时,铜与稀硫酸不再发生氧化还原反应,是此反应停止.上述实验表明不会出现这种情况.这是因为浓硫酸中含水的量很少,尽管反应过程中有一定量的水生成(生成的水大部分随硫酸蒸气冷凝回流到试管中),但导出的气体中必有一定量的水蒸气随二氧化硫气体逸出了,故浓硫酸并未实质性变稀,是此,只要有铜存在时,其氧化还原反应就可持续进行下去,直至硫酸全部反应完,得到硫酸铜和少量的氧化铜及硫化铜(硫化亚铜)的灰白色固体混合物.放置时可看到,长导气管中冷凝的水还在慢慢向下流动,试管上部内壁的无水硫酸铜与之接触之后发生水合作用,生成蓝色的五水合硫酸铜晶体.

值得注意的是,浓硝酸与过量的铜反应时存在硝酸浓度的量变而引起化学反应的质变问题,这是因为浓硝酸中水的含量超过了35%,即本身水的量较多.再加之该反应是在通常情况下进行的,反应中水没有变成蒸气逸出.随反应的进行硝酸不断消耗,硝酸浓度在慢慢减小,变成稀硝酸后,硝酸的还原产物则为NO,化学反应即发生了质的变化。