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        硫酸銅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究

        2015-11-09 01:47:24凌一洲
        化學(xué)教學(xué) 2015年9期
        關(guān)鍵詞:硫酸銅實(shí)驗(yàn)探究氫氧化鈉

        凌一洲

        摘要:實(shí)驗(yàn)探究了硫酸銅與氫氧化鈉溶液的反應(yīng),發(fā)現(xiàn)加入反應(yīng)物的順序不同可產(chǎn)生不同的結(jié)果。設(shè)計(jì)了兩個(gè)趣味實(shí)驗(yàn),對實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的異?,F(xiàn)象作了推測并驗(yàn)證。結(jié)果表明,在氫氧化鈉溶液中加入少量硫酸銅溶液時(shí),主要生成氫氧化銅沉淀;反之,則主要生成堿式硫酸銅沉淀。

        關(guān)鍵詞:硫酸銅;氫氧化鈉;溶液反應(yīng);實(shí)驗(yàn)探究

        文章編號:1005–6629(2015)9–0039–03 中圖分類號:G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

        1 引言

        硫酸銅與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)常見的反應(yīng),人教版九年級教材中就有在氫氧化鈉溶液中滴加硫酸銅溶液,生成氫氧化銅,加熱后分解成氧化銅的實(shí)驗(yàn)[1]。但從文獻(xiàn)[2,3]中發(fā)現(xiàn),硫酸銅與氫氧化鈉溶液的滴加順序不同,生成的產(chǎn)物也不同,只有在較小濃度的氫氧化鈉溶液中滴加2%的硫酸銅溶液,或在2%的硫酸銅溶液中滴加較大濃度的氫氧化鈉溶液,才能生成氫氧化銅,否則隨反應(yīng)物濃度不同生成堿式硫酸銅或四羥基合銅酸鈉。本文依據(jù)這個(gè)原理,設(shè)計(jì)了幾個(gè)探究實(shí)驗(yàn)。

        2 探究實(shí)驗(yàn)一

        探究實(shí)驗(yàn)一采用將硫酸銅溶液注入氫氧化鈉溶液中的方法,探究少量硫酸銅與大量氫氧化鈉反應(yīng)的結(jié)果。

        2.1 試劑與儀器

        (1)實(shí)驗(yàn)試劑:12%的硫酸銅溶液、10%的氫氧化鈉溶液。

        (2)實(shí)驗(yàn)儀器:鐵架臺、鐵夾、針筒、膠水滴管、50mL螺口瓶、試管、燒杯、酒精燈。

        2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

        在螺口瓶中加入約45mL氫氧化鈉溶液。將膠水滴管與針筒連接(如圖1),并吸取約5mL硫酸銅溶液。搭建鐵架臺,并將針筒固定在鐵架臺上(如圖2)。

        2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

        將針筒活塞緩慢向下壓,將硫酸銅溶液緩慢注入氫氧化鈉溶液中。實(shí)驗(yàn)時(shí)室溫13℃。

        2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        隨著硫酸銅溶液的注入,螺口瓶內(nèi)出現(xiàn)藍(lán)色固體。當(dāng)硫酸銅溶液以較快速度注入時(shí),固體顆粒較小,當(dāng)硫酸銅溶液以較慢速度注入時(shí),藍(lán)色固體從膠水滴管口逐漸“生長”出來,并隨著硫酸銅溶液的增加而增大。

        蓋上螺口瓶蓋子,振蕩數(shù)次后,藍(lán)色沉淀顏色不變。取少量沉淀到試管中加熱,藍(lán)色沉淀很快變黑。

        3 探究實(shí)驗(yàn)二

        實(shí)驗(yàn)二采用將氫氧化鈉溶液注入硫酸銅溶液中的方法,探究少量氫氧化鈉與大量硫酸銅反應(yīng)的結(jié)果。

        3.1 試劑與儀器

        與2.1相同。

        3.2 實(shí)驗(yàn)裝置

        實(shí)驗(yàn)裝置將實(shí)驗(yàn)一中氫氧化鈉溶液換為硫酸銅溶液、硫酸銅溶液換為氫氧化鈉溶液即可(如圖3)。

        3.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

        將針筒活塞緩慢向下壓,將氫氧化鈉溶液緩慢注入硫酸銅溶液中。實(shí)驗(yàn)時(shí)室溫13℃。

        3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        注入氫氧化鈉溶液后,螺口瓶內(nèi)出現(xiàn)藍(lán)色固體。隨著氫氧化鈉溶液的增加,藍(lán)色固體體積不斷擴(kuò)展。振蕩數(shù)次后藍(lán)色固體很快變得松散,靜置后,固液分層,沉淀顆粒較細(xì),且顯現(xiàn)出較淺的藍(lán)綠色(如圖4)。

        取少量沉淀加熱至沸騰,沉淀顏色繼續(xù)變淺,且由藍(lán)綠色變?yōu)闇\綠色。

        4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

        注入反應(yīng)物的順序不同,會(huì)引起反應(yīng)物濃度的不同。

        實(shí)驗(yàn)一的反應(yīng)發(fā)生時(shí),氫氧化鈉過量而硫酸銅不足量,混合生成深藍(lán)色的氫氧化銅沉淀,振蕩后結(jié)構(gòu)不易松散,加熱即分解為黑色氧化銅沉淀:

        實(shí)驗(yàn)二的反應(yīng)發(fā)生時(shí),硫酸銅過量而氫氧化鈉不足量,生成顏色較淺的堿式硫酸銅(實(shí)際生成的是堿式硫酸銅與氫氧化銅的復(fù)合物)沉淀,振蕩后結(jié)構(gòu)立即松散,加熱不易分解:

        4CuSO4+6NaOH=Cu4(OH)6SO4↓+3Na2SO4

        因此,硫酸銅與氫氧化鈉反應(yīng)時(shí),反應(yīng)物濃度不同對生成物影響很大。

        5 異常現(xiàn)象探究

        5.1 實(shí)驗(yàn)一中異?,F(xiàn)象

        5.1.1 異常現(xiàn)象

        在實(shí)驗(yàn)一中,如果加入的硫酸銅很少,振蕩螺口瓶后,部分沉淀溶解,靜置后瓶內(nèi)溶液呈藍(lán)色。

        5.1.2 分析與推測

        當(dāng)氫氧化鈉過量時(shí),生成的氫氧化銅與氫氧化鈉繼續(xù)反應(yīng),生成不同于氫氧化銅與硫酸銅的新物質(zhì)——四羥基合銅酸鈉。

        5.1.3 推測的檢驗(yàn)

        取少量藍(lán)色溶液,加入鋁粉反應(yīng),產(chǎn)生氣體。反應(yīng)結(jié)束后,藍(lán)色溶液變?yōu)闊o色,瓶底和液面上出現(xiàn)夾雜紅色的黑色固體。取出固體,加入鹽酸后,紅色固體不溶解,黑色固體溶解,溶液變藍(lán)。因此,加入鋁粉后生成了氧化銅和銅,原藍(lán)色為四羥基合銅酸鈉溶液。

        5.2 實(shí)驗(yàn)二中異?,F(xiàn)象

        5.2.1 異?,F(xiàn)象

        在實(shí)驗(yàn)二中,絕大部分沉淀振蕩后變得松散,且顏色變?yōu)闇\藍(lán)綠色,但是仍有少量亮藍(lán)色沉淀粘在螺口瓶瓶底,且顏色不變(如圖4瓶底深色固體)。在清洗螺口瓶時(shí),發(fā)現(xiàn)瓶底亮藍(lán)色沉淀較難洗去。

        5.2.2 分析與推測

        在實(shí)驗(yàn)二反應(yīng)進(jìn)行時(shí),固體生成物從膠水滴管口一直延伸到瓶底。由于氫氧化鈉濃度較高,密度較大,部分氫氧化鈉順著固體生成物直接落入瓶底,使瓶底形成較高濃度的氫氧化鈉。這時(shí)再與硫酸銅反應(yīng),反應(yīng)條件已經(jīng)不是硫酸銅過量了,而可能是氫氧化鈉過量。實(shí)驗(yàn)二中難以洗去的沉淀顏色與實(shí)驗(yàn)一中沉淀生成條件相似,且顏色相似,推測該沉淀為氫氧化銅沉淀。

        5.2.3 推測的檢驗(yàn)

        將瓶底沉淀刮下后放入試管,加少量水后加熱。藍(lán)色沉淀很快變成黑色氧化銅。

        因此,瓶底藍(lán)色沉淀是氫氧化銅,這個(gè)異?,F(xiàn)象驗(yàn)證了硫酸銅溶液濃度大時(shí)生成堿式硫酸銅,氫氧化鈉溶液濃度大時(shí)生成氫氧化銅的結(jié)論。

        6 趣味實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

        6.1 趣味實(shí)驗(yàn)一

        準(zhǔn)備8%的硫酸銅溶液和20%的氫氧化鈉溶液,先將氫氧化鈉溶液倒入試管中,再用滴管沿試管壁加入硫酸銅溶液。由于氫氧化鈉密度大,沉在試管底,硫酸銅與氫氧化鈉交界處生成氫氧化銅,硫酸銅浮在氫氧化銅上。氫氧化銅固體下端與高濃度氫氧化鈉接觸,部分生成藍(lán)色四羥基合銅酸鈉溶液,因此,試管內(nèi)最終會(huì)由上到下分為硫酸銅、氫氧化銅、四羥基合銅酸鈉、氫氧化鈉四層。

        輕輕振蕩后,上層硫酸銅與氫氧化鈉混合,生成堿式硫酸銅,瓶內(nèi)會(huì)出現(xiàn)由上到下藍(lán)綠色沉淀、淺藍(lán)色沉淀、亮藍(lán)色沉淀、深藍(lán)色溶液的分層。

        6.2 趣味實(shí)驗(yàn)二

        在氫氧化鈉溶液中注入硫酸銅溶液時(shí),生成顏色鮮艷的亮藍(lán)色固體。根據(jù)注入硫酸銅速度快慢的不同,生成固體的形態(tài)也各不相同(如圖5)。

        因此,可以在燒杯中裝入氫氧化鈉溶液,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),用不同注射儀器(如:帶有膠水滴管的針筒、膠頭滴管、吸管等),以不同速度注入硫酸銅溶液,可以形成不同形態(tài)的藍(lán)色固體,創(chuàng)作屬于自己的“水下世界”。

        參考文獻(xiàn):

        [1]胡美玲主編.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)(九年級上冊)[M].北京:人民教育出版社,2006:28.

        [2]李紅萍,丁未.硫酸銅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)條件探究[J].化學(xué)教學(xué),2014,(2):49~50.

        [3]陸江嵐.氫氧化鈉與硫酸銅定量反應(yīng)的研究[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn),2013,(6):28~29.

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