过氧化氢和硫酸铜的相关实验，产生了让人不太舒服的气体，可能是什么成分？

最近做了一个过氧化氢和硫酸铜的实验，结果产生了一股不太好闻的气体，弄得我心里有点不安。想来想去，还是觉得有必要搞清楚这股味儿到底是怎么回事，总不能稀里糊涂地把这事儿给过去了吧。

实验我记得很清楚，主要就是把一些浓过氧化氢（俗称双氧水）滴加到硫酸铜晶体（就是那种蓝色的、亮晶晶的小石头）上。当时也没多想，就觉得这两个东西碰到一起，应该会发生点有趣的反应，说不定能看到氧气冒出来，像小气泡一样。

刚开始确实是如我所愿，过氧化氢在硫酸铜的催化下，“咕嘟咕嘟”地冒出了一些无色的小气泡，看上去挺热闹的。这股冒出来的气体，我初步判断应该主要是氧气，因为过氧化氢分解生成氧气和水是很经典的反应。而且，硫酸铜在这个过程中起到了催化剂的作用，能加快这个分解的速度。

但是，随着反应进行，我注意到一股刺鼻的、带着点金属味儿的气体开始慢慢弥漫开来。这股气味儿可不像是单纯的氧气那么“清新”，反而有点辛辣，闻多了喉咙里会有点发痒，甚至有点熏鼻子。这下我有点犯嘀咕了，这到底是什么味道？难道是过氧化氢或者硫酸铜本身有什么不稳定的成分，在反应中分解了？

我仔细回想了一下整个过程，还有实验的操作。

首先，过氧化氢本身，尤其是浓度比较高的那种，虽然主要产物是氧气和水，但如果保存不当，或者有杂质存在，也可能产生一些不太干净的副产物。比如，如果过氧化氢存放时间长了，或者受到光照、金属离子等催化，会缓慢分解。虽然大部分是氧气，但理论上说，如果分解不完全，或者有其他物质参与反应，也可能产生一些微量的其他含氧化合物。不过，这种可能性相对较小，而且通常不会产生特别刺鼻的味道。

更让我感到担忧的是硫酸铜。我们都知道，硫酸铜晶体（CuSO₄·5H₂O）在潮湿空气中比较稳定，但它本身可不是那么“纯粹”的。在实际使用中，我们购买的硫酸铜，特别是那种工业级的，或者存放时间久了的，里面可能含有不少杂质。

我猜想，这股让人不太舒服的气体，最有可能的来源，是硫酸铜里头可能存在的重金属杂质，或者是在与浓过氧化氢接触过程中，铜离子本身发生了一些不太理想的反应。

比如说，如果硫酸铜中含有一些亚硫酸盐（sulfites）或者亚硫酸氢盐（bisulfites）的痕迹，它们在酸性（硫酸铜溶液本身就是微酸性的）和氧化剂（过氧化氢）存在的条件下，可能会被氧化成二氧化硫（SO₂）。

二氧化硫这个东西，大家应该都不陌生，它就是那种闻起来像火柴梗烧过的味道，非常刺鼻，而且对呼吸道有刺激性。这股味道跟我在实验中闻到的确实很像。

为什么会产生亚硫酸盐的痕迹呢？这就跟硫酸铜的制备工艺，或者它在储存过程中的一些变化有关了。比如，如果硫酸铜的原料（比如铜矿石或者铜盐）在冶炼或加工过程中，没有完全转化为硫酸盐，或者在储存过程中吸收了一些空气中的污染物，就可能带入亚硫酸根的离子。

另外，还有一个可能性，虽然我觉得可能性稍小，但是也值得一提。那就是铜离子本身在浓过氧化氢的作用下，可能发生了一些更复杂的氧化还原反应。铜在某些条件下，可以被氧化成更高的价态（虽然一般在水溶液中主要是Cu²⁺），或者参与一些复杂的络合反应。但直接生成具有强烈刺激性气体的可能性，相比于亚硫酸盐的氧化，我觉得几率要低一些。

还有一种情况，如果过氧化氢的浓度非常高，达到了比较危险的级别，它分解时产生的氧气流速会非常快，这种高速流动的气体本身就可能带来一定的物理性刺激，让人感觉不舒服。但这种感觉应该与“气味”还是有所区别的。

最让我怀疑的是，是否是未完全脱水的硫酸铜（即含有结晶水）或者其他含有硫的杂质，在与浓过氧化氢剧烈反应时，释放出了什么挥发性的硫化物。不过，这需要更专业的知识来判断了。

总而言之，那股“让人不太舒服”的气体，我个人最倾向于它是二氧化硫（SO₂），由硫酸铜中可能存在的硫化物杂质在过氧化氢的氧化作用下产生。其次，也不能完全排除其他微量硫化物或者复杂的氧化还原副产物。

这次实验确实给我提了个醒，做实验不能只看“热闹”，更要关注“安全”和“潜在风险”。下次再接触这类反应，一定要在一个通风良好的环境下进行，并且要确保所用化学试剂的纯度和质量。这股味道，虽然不至于造成什么严重的后果，但它确实是在提醒我，我所看到的“氧气冒泡”背后，可能还隐藏着一些我没有注意到的细节。

网友意见

题主，你这个随意加料的反应，甚至触碰到了2005年全国化竞题——避孕环的机理。

好巧，正好我最近在网上看了北京化工大学戴伟教授关于硫酸铜和过氧化氢反应的介绍。出乎意料的，这么一个简单的反应，居然到目前为止都还没研究清楚其反应机理！这大概也是化学科研的魅力所在了吧——探索人类的未知领域。

鉴于该视频是在视频号上的，居然在浏览器上没有搜到，所以我就录频放在这里，仅用于本题讨论。

硫酸铜和过氧化氢反应，是会产生一价铜 Cu(I)的，这大概也是为什么硫酸铜中加入过氧化氢后，颜色会变成绿色（如果浓度高的话可能就是如视频中的棕色沉淀了）。

然后加入氢氧化钠，应该是生成氧化铜了。不太可能是过氧化铜，因为根据维基百科介绍，过氧化铜的制备需要在低温下——高于6℃就会快速分解^[1]，而且应该是绿色的。

最后加入盐酸后，应该产生的气体主要是氧气了，来源于剩余的过氧化氢的分解。从热力学上看不应该含有氯气和臭氧。但是热力学只是平衡态下的情况，而实际反应过程比较剧烈很可能非常远离平衡态。

这是有可能其中含有一些OH自由基，还有超氧酸——你们可听说过2005年全国高中化学竞赛题^[2]？所以产生一些氯气是有可能的。感谢 @Studio TBsoft 提及他之前用HCl+H2O2+Cu很明显能闻到氯气气味。

在文献中也有关于Cu(I)，超氧酸(HO2)和羟基自由基(·OH)的报道。一般用过渡金属离子与过氧化氢反应都会产生OH自由基。用铁离子的研究更多，但是实际上铜离子的反应速率更快！^[3]

综上：

这个反应甚至目前机理尚不完全明确。产生的黑色沉淀可能是氧化铜；产生的气体应该主要是氧气，但是可能带了一些OH自由基和超氧酸甚至氯气，所以导致的不舒服。

另外，自己做化学实验，强烈建议还是要添加必要的防护措施——比如通风橱，否则这些产生气体的实验对身体不太好的。

参考

^ https://en.wikipedia.org/wiki/Copper_peroxide
^ https://wenku.baidu.com/view/65fd1ee1172ded630b1cb640.html
^Free-radical generation by copper ions and hydrogen peroxide https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1135108/

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