硫酸铜与氢氧化钠溶液反应的实验探究

　　摘要：实验探究了硫酸铜与氢氧化钠溶液的反应，发现加入反应物的顺序不同可产生不同的结果。设计了两个趣味实验，对实验中产生的异常现象作了推测并验证。结果表明，在氢氧化钠溶液中加入少量硫酸铜溶液时，主要生成氢氧化铜沉淀；反之，则主要生成碱式硫酸铜沉淀。 　　关键词：硫酸铜；氢氧化钠；溶液反应；实验探究 　　文章编号：1005�C6629（2015）9�C0039�C03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B 　　1 引言 　　硫酸铜与氢氧化钠溶液的反应是中学化学常见的反应，人教版九年级教材中就有在氢氧化钠溶液中滴加硫酸铜溶液，生成氢氧化铜，加热后分解成氧化铜的实验[1]。但从文献[2，3]中发现，硫酸铜与氢氧化钠溶液的滴加顺序不同，生成的产物也不同，只有在较小浓度的氢氧化钠溶液中滴加2%的硫酸铜溶液，或在2%的硫酸铜溶液中滴加较大浓度的氢氧化钠溶液，才能生成氢氧化铜，否则随反应物浓度不同生成碱式硫酸铜或四羟基合铜酸钠。本文依据这个原理，设计了几个探究实验。 　　2 探究实验一 　　探究实验一采用将硫酸铜溶液注入氢氧化钠溶液中的方法，探究少量硫酸铜与大量氢氧化钠反应的结果。 　　2.1 试剂与仪器 　　（1）实验试剂：12%的硫酸铜溶液、10%的氢氧化钠溶液。 　　（2）实验仪器：铁架台、铁夹、针筒、胶水滴管、50mL螺口瓶、试管、烧杯、酒精灯。 　　2.2 实验装置 　　在螺口瓶中加入约45mL氢氧化钠溶液。将胶水滴管与针筒连接（如图1），并吸取约5mL硫酸铜溶液。搭建铁架台，并将针筒固定在铁架台上（如图2）。 　　2.3 实验内容 　　将针筒活塞缓慢向下压，将硫酸铜溶液缓慢注入氢氧化钠溶液中。实验时室温13℃。 　　2.4 实验结果 　　随着硫酸铜溶液的注入，螺口瓶内出现蓝色固体。当硫酸铜溶液以较快速度注入时，固体颗粒较小，当硫酸铜溶液以较慢速度注入时，蓝色固体从胶水滴管口逐渐“生长”出来，并随着硫酸铜溶液的增加而增大。 　　盖上螺口瓶盖子，振荡数次后，蓝色沉淀颜色不变。取少量沉淀到试管中加热，蓝色沉淀很快变黑。 　　3 探究实验二 　　实验二采用将氢氧化钠溶液注入硫酸铜溶液中的方法，探究少量氢氧化钠与大量硫酸铜反应的结果。 　　3.1 试剂与仪器 　　与2.1相同。 　　3.2 实验装置 　　实验装置将实验一中氢氧化钠溶液换为硫酸铜溶液、硫酸铜溶液换为氢氧化钠溶液即可（如图3）。 　　3.3 实验内容 　　将针筒活塞缓慢向下压，将氢氧化钠溶液缓慢注入硫酸铜溶液中。实验时室温13℃。 　　3.4 实验结果 　　注入氢氧化钠溶液后，螺口瓶内出现蓝色固体。随着氢氧化钠溶液的增加，蓝色固体体积不断扩展。振荡数次后蓝色固体很快变得松散，静置后，固液分层，沉淀颗粒较细，且显现出较浅的蓝绿色（如图4）。 　　取少量沉淀加热至沸腾，沉淀颜色继续变浅，且由蓝绿色变为浅绿色。 　　4 实验结果讨论 　　注入反应物的顺序不同，会引起反应物浓度的不同。 　　实验一的反应发生时，氢氧化钠过量而硫酸铜不足量，混合生成深蓝色的氢氧化铜沉淀，振荡后结构不易松散，加热即分解为黑色氧化铜沉淀： 　　实验二的反应发生时，硫酸铜过量而氢氧化钠不足量，生成颜色较浅的碱式硫酸铜（实际生成的是碱式硫酸铜与氢氧化铜的复合物）沉淀，振荡后结构立即松散，加热不易分解： 　　4CuSO4+6NaOH=Cu4（OH）6SO4↓+3Na2SO4 　　因此，硫酸铜与氢氧化钠反应时，反应物浓度不同对生成物影响很大。 　　5 异常现象探究 　　5.1 实验一中异常现象 　　5.1.1 异常现象 　　在实验一中，如果加入的硫酸铜很少，振荡螺口瓶后，部分沉淀溶解，静置后瓶内溶液呈蓝色。 　　5.1.2 分析与推测 　　当氢氧化钠过量时，生成的氢氧化铜与氢氧化钠继续反应，生成不同于氢氧化铜与硫酸铜的新物质――四羟基合铜酸钠。 　　5.1.3 推测的检验 　　取少量蓝色溶液，加入铝粉反应，产生气体。反应结束后，蓝色溶液变为无色，瓶底和液面上出现夹杂红色的黑色固体。取出固体，加入盐酸后，红色固体不溶解，黑色固体溶解，溶液变蓝。因此，加入铝粉后生成了氧化铜和铜，原蓝色为四羟基合铜酸钠溶液。 　　5.2 实验二中异常现象 　　5.2.1 异常现象 　　在实验二中，绝大部分沉淀振荡后变得松散，且颜色变为浅蓝绿色，但是仍有少量亮蓝色沉淀粘在螺口瓶瓶底，且颜色不变（如图4瓶底深色固体）。在清洗螺口瓶时，发现瓶底亮蓝色沉淀较难洗去。 　　5.2.2 分析与推测 　　在实验二反应进行时，固体生成物从胶水滴管口一直延伸到瓶底。由于氢氧化钠浓度较高，密度较大，部分氢氧化钠顺着固体生成物直接落入瓶底，使瓶底形成较高浓度的氢氧化钠。这时再与硫酸铜反应，反应条件已经不是硫酸铜过量了，而可能是氢氧化钠过量。实验二中难以洗去的沉淀颜色与实验一中沉淀生成条件相似，且颜色相似，推测该沉淀为氢氧化铜沉淀。 　　5.2.3 推测的检验 　　将瓶底沉淀刮下后放入试管，加少量水后加热。蓝色沉淀很快变成黑色氧化铜。 　　因此，瓶底蓝色沉淀是氢氧化铜，这个异常现象验证了硫酸铜溶液浓度大时生成碱式硫酸铜，氢氧化钠溶液浓度大时生成氢氧化铜的结论。 　　6 趣味实验设计 　　6.1 趣味实验一 　　准备8%的硫酸铜溶液和20%的氢氧化钠溶液，先将氢氧化钠溶液倒入试管中，再用滴管沿试管壁加入硫酸铜溶液。由于氢氧化钠密度大，沉在试管底，硫酸铜与氢氧化钠交界处生成氢氧化铜，硫酸铜浮在氢氧化铜上。氢氧化铜固体下端与高浓度氢氧化钠接触，部分生成蓝色四羟基合铜酸钠溶液，因此，试管内最终会由上到下分为硫酸铜、氢氧化铜、四羟基合铜酸钠、氢氧化钠四层。 　　轻轻振荡后，上层硫酸铜与氢氧化钠混合，生成碱式硫酸铜，瓶内会出现由上到下蓝绿色沉淀、浅蓝色沉淀、亮蓝色沉淀、深蓝色溶液的分层。 　　6.2 趣味实验二 　　在氢氧化钠溶液中注入硫酸铜溶液时，生成颜色鲜艳的亮蓝色固体。根据注入硫酸铜速度快慢的不同，生成固体的形态也各不相同（如图5）。 　　因此，可以在烧杯中装入氢氧化钠溶液，在不同位置（如：在液面上直接滴加、伸入液面下某一位置滴加等），用不同注射仪器（如：带有胶水滴管的针筒、胶头滴管、吸管等），以不同速度注入硫酸铜溶液，可以形成不同形态的蓝色固体，创作属于自己的“水下世界”。 　　参考文献： 　　[1]胡美玲主编.义务教育课程标准实验教科书・化学（九年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2006：28. 　　[2]李红萍，丁未.硫酸铜与氢氧化钠溶液反应条件探究[J].化学教学，2014，（2）：49～50. 　　[3]陆江岚.氢氧化钠与硫酸铜定量反应的研究[J].教学仪器与实验，2013，（6）：28～29.