硫酸銅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究

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)計了兩個趣味實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的異常現(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，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)這個原理，設(shè)計了幾個探究實(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，固體顆粒較小，當(dāng)硫酸銅溶液以較慢速度注入時，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，會引起反應(yīng)物濃度的不同。

實(shí)驗(yàn)一的反應(yīng)發(fā)生時，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，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，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)一中異常現(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，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)二中異常現(xiàn)象

5.2.1 異常現(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，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，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，這個異常現(xiàn)象驗(yàn)證了硫酸銅溶液濃度大時生成堿式硫酸銅，氫氧化鈉溶液濃度大時生成氫氧化銅的結(jié)論。

6 趣味實(shí)驗(yàn)設(shè)計

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，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.