铜离子颜色辨析与探究
铜离子颜色辨析与探究
一、问题的提出
人教版化学第一册（必修）P65：“氯化铜溶于水后，溶液呈蓝绿色，当溶液的浓度不同时，溶液的颜色有所不同。”在平常的学习中，学生接触到的CuSO4溶液以及胆矾（CuSO4·5H2O）都是蓝色的，所以许多学生错误地认为氯化铜溶液显蓝绿色是因为浓度大小不同引起的。为什么同为铜盐，但颜色不同呢？
二、辨析：要透彻地分析以上问题，必须从Cu2+的络离子开始，Cu2+有配位数2、4、6的络离子，在胆矾CuSO4·5H2O中，四个水分
子以平面四边形配位在Cu2+周围，第五个水分子与SO2
4结合，所以
CuSO4·5H2O的化学式也可以写成[Cu(H2O)4]SO4·H2O。胆矾呈蓝色是因为[Cu(H2O)4]2+呈蓝色。CuSO4·5H2O溶于水后，[Cu(H2O)4]2+存在于溶液中，若溶于过量水，还会形成[Cu(H2O)6]2+，无论[Cu(H2O)4]2+还是[Cu(H2O)6]2+络离子，都是蓝色的，所以硫酸铜溶液呈蓝色。 教材实验中，铜丝在氯气中燃烧，产生棕黄色的烟，可见无水氯化铜呈棕黄色，常以(CuCl2)n的形式存在，溶于少量水时形成
[Cu(H2O)4]2+和[CuCl4]2-络离子：
(CuCl2)2+4 H2O==[Cu(H2O)4]2++[CuCl4]2-
[Cu(H2O)4]2+显蓝色，[CuCl4]2-显黄色，它们共存时的混合色则为绿色，所以CuCl2在很浓的溶液中显黄绿色，浓的溶液中显绿色，在稀溶液中显蓝色。
稀释时由于水增加，电离平衡：
[CuCl4]2-+4 H2[Cu(H2O)4]2++4Cl-
向右移动，[CuCl4]2-离子减少，[Cu(H2O)4]2+离子增加，绿色向蓝色变化。当溶液相当稀时，几乎均为[Cu(H2O)4]2+，[CuCl4]2-很少，所以显蓝色。
三、探究
要验证以上分析结论，可进行如下探究性实验：
1、取饱和硫酸铜溶液10ml，置于100ml的烧杯内，先观察硫酸铜溶液颜色。
2、沿烧杯壁缓慢倒入无色的浓盐酸10ml，仔细观察溶液呈何颜色？搅拌均匀溶液颜色有何改变？
3、在加入50ml的水，此时溶液颜色又有何改变？
4、实验结果：
硫酸铜溶液，因铜离子被水分子完全包围形成[Cu(H2O)4]2+而呈现蓝色，当浓盐酸加入时，铜离子被氯离子包围形成[CuCl4]2-而呈现黄色，但因背景颜色为蓝色，有些同学可能会看成黄绿色。搅拌均匀后，整个溶液则由黄色和蓝色互补而呈现绿色或黄绿色。加大量水后，铜离子在溶液中被水分子完全包围的机会变大，溶液因此变回蓝色。
四、知识拓展
（2003年湖南化学竞赛23题）如果分别将等质量的铜片与等体积均过量的浓硝酸、稀硝酸反应，所得到的溶液前者呈绿色，后者呈蓝
色，某同学提出这可能是Cu2+浓度差异引起的，你同意这种看法吗？_______（填“同意”或“不同意”），原因是________________________ ___________；另一同学提出溶液呈“绿色”是Cu2+与NO2混合的结果，请你设计一个简单的实验证明之（简述实验方案和实验现象）。___________________________________________________________。 解析：因为反应后两溶液中铜离子浓度几乎相同，前一同学的猜想显然是错误的，后一同学认为溶液呈绿色是Cu2+与NO2混合的结果，则消除NO2即可消除绿色。因此只需将绿色溶液加热，如果有红棕色气体产生，溶液变成蓝色，即可证明绿色是由于Cu2+与NO2混合引起的。