關于氫氧化銅及有關反應的實驗探究

黨文祥+李旭娃

摘要：中學化學教材中對Cu2+與OH-反應的生成物的敘述，存在與實際不符的情況，會對教學產生誤導。通過實驗探究，揭示了Cu2+與OH-反應的生成物隨時間、濃度、溫度的變化而變化的情況。提出了溶解性表中對生成物相應符號的合理表述。指出了Cu（OH）2在教學中的重要性及教材的局限性。建議對Cu（OH）2的制取從量化著手，才能避免教學中的盲目性。并對其量化的具體操作進行了舉例說明。

關鍵詞：Cu2+與OH-的組合；溶解性表；氫氧化銅；量化操作范圍

文章編號：1005–6629（2016）12–0070–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

中學化學教材中，對于Cu2+與OH-反應的生成物都敘述為Cu（OH）2。酸、堿、鹽的溶解性表（下稱溶解性表）中，Cu2+與OH-的組合對應的符號是“不”，根據表中的含義可知，“不”對應的物質也是Cu（OH）2。

然而，在教學實踐中，可溶性銅鹽溶液與堿溶液混合時，除了看到有藍色沉淀之外，還會看到有絳藍色溶液、絳藍色懸濁液以及藍色沉淀變黑等多種現象。不同的現象對應著不同的物質。Cu（OH）2的有關問題是化學教學的內容之一，不同物質及其現象的出現，會干擾有關教學的順利進行。例如，向20滴0.1 mol·L-1的CuSO4溶液中加入10滴0.2 mol·L-1的NaOH溶液時，其生成物是淺藍色（接近淺綠色）的物質，而且并非絮狀，顯然不是Cu（OH）2。但根據教材內容，不僅會將堿式硫酸銅誤認為是Cu（OH）2，而且會將其淺藍色（接近淺綠色）誤認為是藍色，將其非絮狀誤認為是絮狀。這樣，對物質的顏色和狀態的印象、概念的形成以及判斷標準的形成都會產生干擾或誤導。因此，為了教學需要，必須弄清楚不同現象分別對應什么物質，這些物質分別是在什么條件下制取的，才有可能避免與教學無關問題的出現，為教學創造有利條件。

1 實驗探究

實驗1 （1）取2支小試管，分別編為1號和2號。向1號中加入20滴0.1 mol·L-1的CuSO4溶液，再加入12滴0.2 mol·L-1的NaOH溶液（吸取兩種溶液時，分別用相同型號的膠頭滴管，以減小其體積之差，下同），振蕩后靜置。向2號試管中加入20滴0.1 mol·L-1的CuSO4溶液，再加入50滴0.2 mol·L-1的NaOH溶液，振蕩后靜置。兩個試管中，上部都是無色液體，下部都是沉淀。1號中沉淀為淺藍色，2號中沉淀為藍色。1號試管放置幾十天（塞緊試管口，以防水分蒸發）也不變黑，而2號試管放置1小時后，藍色沉淀中出現了黑色，而且黑色越來越深。

（2）再取2支試管，分別編為3號和4號。向3號試管中加入濃度和體積與1號中完全相同的兩種溶液，振蕩。向4號試管中加入濃度和體積與2號中完全相同的兩種溶液，振蕩。顯然，3號和4號中的生成物應該分別與1號和2號中的生成物相同。分別用酒精燈加熱，當剛出現沸騰現象時移離火焰，等待片刻，再接觸火焰。如此反復，使液體溫度保持在80℃與沸點之間。可以看到，3號試管如此加熱幾分鐘都沒有黑色出現，而4號試管加熱至還未沸騰就出現變黑現象，當剛沸騰時，就全部變為黑色的液體混合物了。

實驗2 取2支小試管，分別編為1號和2號。向1號中加入20滴5 mol·L-1的NaOH溶液，再加入5滴0.5 mol·L-1的CuSO4溶液，振蕩后靜置。可以看到上部出現絳藍色液體，下部出現藍色沉淀（藍色因受絳藍色的影響而不明顯）。十幾分種后，液體還未澄清，沉淀就已經完全變成了黑色。向2號試管中加入20滴14 mol·L-1的NaOH溶液，再加入3滴0.5 mol·L-1的CuSO4溶液，充分振蕩。可以看到試管中只有絳藍色的溶液。

實驗3 取2支小試管，在1支中加入20滴0.1 mol·L-1的CuSO4溶液，向另1支試管中加入50滴0.2 mol·L-1的NaOH溶液，同放于80℃以上的水浴中加熱數分鐘，使兩種溶液的溫度都升至80℃以上。趁熱將NaOH溶液倒入裝CuSO4溶液的試管中。可以看到，液體混合時立刻變黑，靜置后分層，上部為無色液體，下部為黑褐色沉淀。

實驗4 取1支小試管，重復實驗2中的2號實驗，使其用量和操作與其完全相同。得到絳藍色的[Cu（OH）4]2-溶液。然后向其中加入原混合液總滴數（23滴）6倍（138滴）的水，振蕩后靜置。1天后傾斜試管觀察，試管底部和試管壁上是黑色或黑褐色的沉淀CuO（因分布多少和疏密不同，其顏色有所不同），從其上部看到液體由絳藍色變為無色。而實驗2中2號試管中的絳藍色溶液放置約10～40天，溶液顏色仍未改變，但其下部有很少量黑色沉淀出現，而且逐漸增多。

2 問題分析

（1）實驗1中：①1號和2號試管中沉淀的顏色不同；②3號和4號試管中的沉淀，在加熱時產生的現象不同。說明1號和2號試管中的沉淀是不同物質。由資料[1]可知，Cu（OH）2受熱易分解，在溶液中加熱至80℃，就變為黑褐色的CuO。由此可以推知，4號試管中的沉淀是Cu（OH）2，進而可以推知2號試管中的沉淀也是Cu（OH）2。

3 歸納總結

由上述內容可知：

（1）Cu2+與OH-反應的生成物隨時間、濃度、溫度的變化而變化。所以，其生成物有多種，Cu（OH）2只是其中之一。Cu（OH）2只能在一定時段內存在，是過渡性物質。

（2）溶解度概念中，溫度是一定的。而在溶解性表中，又規定了其溫度為20℃。所以，在20℃時，對于Cu2+與OH-的組合：①如果兩種離子在混合液中的濃度一定，僅從時間變化的角度來審視，在溶解性表中的符號應該是“不（變）-”；②如果不考慮時間因素，僅從濃度變化的角度來審視，在溶解性表中的符號應該是“不（或）-”。而在實際教學中，在判斷復分解反應或離子反應能否進行時，兩種情況都是存在的。綜合起來，可以用“不，-”來表示。

所以，對于溶解性表，要用變化的觀點、從不同的角度來研究，才能得出更為合理、完善、科學的結論。

4 對氫氧化銅的教學建議

4.1 Cu（OH）2在教學中的重要性

Cu（OH）2的制取及其有關性質，主要是在初中介紹的。其目的之一就是讓學生知道生成Cu（OH）2的原理，并通過觀察初步感知Cu（OH）2的藍色和絮狀，形成印象和概念，幫助其形成對其他顏色和物質狀態的分辨能力。所以，教學中制取Cu（OH）2時，明確地顯示其標準的藍色和絮狀特點，顯得尤為重要。

4.2 教材的局限性

在中學階段，學生的認知水平和接受能力是有限的，教材中對知識內容的介紹不宜太多太深。所以，在編寫教材的過程中，不論是圖文內容還是溶解性表，都只說Cu（OH）2，而對其他問題避之不談（當然這不能說成是錯誤的）。但教材內容的回避，是回避不了教學中可能遇到的實際問題的。因為根據教材內容，只要是Cu2+與OH-的反應，不論什么情況，都會理所當然地認為其生成物就是Cu（OH）2，都會理所當然地寫出化學方程式Cu2++2OH-=Cu（OH）2↓，也就會自然而然地將相應物質的顏色和狀態認為就是Cu（OH）2的顏色和狀態。這樣，教材必然會對Cu（OH）2的教學產生負面影響。

4.3 建議對Cu（OH）2的制取采取量化處理

鑒于上述原因，必須弄清Cu2+與OH-在什么條件下的生成物是Cu（OH）2，Cu（OH）2在什么條件下才會充分顯示其標準的性質特征，為此，就要從溶液的量化著手。經反復驗證，用0.1～0.3 mol·L-1的CuSO4溶液和NaOH的溶液，其效果最好，而且對其用量（體積）的多少容易調節和掌控。當混合液中n（Cu2+）：n（OH-）=1：2時，得到的是3Cu（OH）2·CuSO4與Cu（OH）2的混合物。在實際操作中，當兩種溶液的濃度在0.1～0.3 mol·L-1的范圍內時，所用體積的量以1：10≤n（Cu2+）：n（OH-）≤1：3為大致條件。這樣，濃度的限制，避免了[Cu（OH）4]2-的生成，體積的限制，又避免了堿式硫酸銅的生成。在此條件下，就可以放心地制取“純度高”、疏密適宜、標準藍色、絮狀明顯、放置相對較長時間才會變黑的最適宜示范教學的Cu（OH）2沉淀。

例如，教學中用0.1 mol·L-1的CuSO4溶液與0.2 mol·L-1的NaOH溶液制取Cu（OH）2，應取兩種溶液各為多少？答：首先對n（Cu2+）：n（OH-）在1：10～1：3之間任取一個值，例如取1：6，那么[c（Cu2+）·V（Cu2+）]：[c（OH-）·V（OH-）]=[0.1 mol·L-1×V（Cu2+）]：[0.2 mol·L-1×V（OH-）]=1：6，則V（OH-）=3V（Cu2+），其中V的單位可以是滴，也可以是mL。當V（Cu2+）=20滴時，V（OH-）=60滴。當V（Cu2+）=1mL時，V（OH-）=3mL。……

觀察用較小濃度的溶液制取的Cu（OH）2時，建議最好在20分鐘之內完成。

參考文獻：

[1]北京師范大學等編.無機化學（下冊）[M].北京：人民教育出版社，1981：847～848.

[2]武漢大學等編.分析化學（第二版）[M].武漢：高等教育出版社，1982：15.

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[4]李紅萍，丁偉.硫酸銅與氫氧化鈉溶液反應條件探究[J].化學教學，2014，（2）：49～51.