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。