初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中硫酸銅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)裝備應(yīng)用

許欣玲

摘 要 實(shí)驗(yàn)研究表明，硫酸銅和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)會(huì)因添加順序的不同而產(chǎn)生不同的結(jié)果。基于硫酸銅和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，設(shè)計(jì)兩種不同的實(shí)驗(yàn)裝置來探討這兩種物質(zhì)的實(shí)際反應(yīng)情況，以期更好地指導(dǎo)教學(xué)工作的開展。

關(guān)鍵詞 初中化學(xué)；硫酸銅；氫氧化鈉

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2016）23-0141-02

1 前言

鑒于初中化學(xué)教材中關(guān)于硫酸銅和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)僅生成了氫氧化銅，以至于學(xué)生可能錯(cuò)誤地理解二者的反應(yīng)結(jié)果就是氫氧化銅。實(shí)際上，二種反應(yīng)物的反應(yīng)會(huì)因反應(yīng)量的不同而有所差異，所以有必要對(duì)于教材中硫酸銅和氫氧化鈉溶液的實(shí)驗(yàn)裝備進(jìn)行改進(jìn)，以驗(yàn)證這兩種反應(yīng)物量不同所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2 探究實(shí)驗(yàn)裝備之一

實(shí)驗(yàn)裝備目的 本次實(shí)驗(yàn)裝備設(shè)置的目的就是為了探討硫酸銅溶液注入氫氧化鈉溶液中的反應(yīng)現(xiàn)象，也就是少量硫酸銅溶液和過量氫氧化鈉溶液的反應(yīng)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)裝備設(shè)置 在本次實(shí)驗(yàn)裝置中，所用到的試劑主要為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氫氧化鈉溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的硫酸銅溶液；所用到的實(shí)驗(yàn)器材主要包括燒杯、鐵架臺(tái)、澆水滴管、酒精燈、鐵夾、試管以及容量為50 mL的螺口瓶。在安裝實(shí)驗(yàn)裝置的時(shí)候，要向螺口瓶中注入容量為45 mL

的氫氧化鈉溶液，并要將針筒和膠水滴管進(jìn)行有效連接，并要從中吸取容量為5 mL的硫酸銅溶液，然后即可搭建鐵架臺(tái)，在其上部固定針筒結(jié)構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)果 在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，操作人員需要將針筒結(jié)構(gòu)緩慢地下壓，以將硫酸銅溶液逐步加入氫氧化鈉溶液中，同時(shí)要保持實(shí)驗(yàn)過程中保持一個(gè)恒定的溫度（13 ℃）。隨著硫酸銅注入量的增加，螺口瓶?jī)?nèi)部逐漸出現(xiàn)了藍(lán)色固體。如果硫酸銅溶液的注入速度比較快，那么所得到的藍(lán)色固體顆粒比較小；反之則會(huì)從膠水滴管部位處“生長(zhǎng)出”藍(lán)色固體，并且該種固體體積會(huì)隨著硫酸銅溶液的增加而繼續(xù)增大。在實(shí)驗(yàn)完畢之后，將螺口瓶的蓋子擰緊，接著晃動(dòng)數(shù)次，發(fā)現(xiàn)生成的藍(lán)色沉淀沒有發(fā)生體積上的改變；然后取少量的藍(lán)色沉淀放到試管中進(jìn)行加熱，發(fā)現(xiàn)生成的藍(lán)色沉淀快速變黑。

3 探究實(shí)驗(yàn)裝備之二

實(shí)驗(yàn)裝備目的 本次實(shí)驗(yàn)裝備設(shè)置的目的就是為了探討氫氧化鈉溶液注入硫酸銅溶液中的反應(yīng)現(xiàn)象，也就是少量氫氧化鈉溶液和過量硫酸銅溶液的反應(yīng)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)裝備設(shè)置 在本次實(shí)驗(yàn)中，所采用的化學(xué)反應(yīng)溶液類型、含量及相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)裝備一均相同，即：所用到的試劑主要為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氫氧化鈉溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的硫酸銅溶液；所用到的實(shí)驗(yàn)器材主要包括燒杯、鐵架臺(tái)、澆水滴管、酒精燈、鐵夾、試管以及容量為50 mL的螺口瓶。但是在安裝反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置的時(shí)候，要向螺口瓶中注入容量為45 mL的硫酸銅溶液，并要將針筒和膠水滴管進(jìn)行有效連接，并要從中吸取容量為5 mL的氫氧化鈉溶液，然后即可搭建鐵架臺(tái)，在其上部固定針筒結(jié)構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)果 在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，操作人員需要將針筒結(jié)構(gòu)緩慢地下壓，以將氫氧化鈉溶液逐步加入硫酸銅溶液中，同時(shí)要在實(shí)驗(yàn)過程中保持一個(gè)恒定的溫度（13 ℃）。隨著氫氧化鈉溶液注入量的增加，螺口瓶?jī)?nèi)部逐漸出現(xiàn)藍(lán)色固體，并且會(huì)隨著注入量的增加，藍(lán)色固體體積量也不斷增加。在實(shí)驗(yàn)完畢之后，將螺口瓶的蓋子擰緊，接著晃動(dòng)數(shù)次，發(fā)現(xiàn)生成的藍(lán)色沉淀很快變得非常松散；靜置一段時(shí)間后，固液出現(xiàn)分層問題，相應(yīng)的沉淀顆粒也越來越細(xì)，并且相應(yīng)的沉淀藍(lán)色也主要表現(xiàn)為藍(lán)綠色；然后取少量藍(lán)綠色沉淀進(jìn)行加熱直至沸騰，發(fā)現(xiàn)沉淀的顏色逐漸變淺，直至藍(lán)綠色完全變?yōu)闇\綠色[1]。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和討論

反應(yīng)原理解析 實(shí)踐研究表明，氫氧化鈉溶液和硫酸銅溶液含量的不同會(huì)產(chǎn)生不同的反應(yīng)現(xiàn)象，這實(shí)際上就是實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二發(fā)生了不同的化學(xué)反應(yīng)所造成的，具體化學(xué)反應(yīng)公式如下：

CuSO4+2NaOH===Cu（OH）2↓+Na2SO4

Cu（OH）2===CuO+H2O

針對(duì)探究實(shí)驗(yàn)裝備之二的反應(yīng)而言，少量的氫氧化鈉溶液和過量的硫酸銅溶液會(huì)生成顏色比較淺的堿式硫酸銅沉淀，并且在加熱之后會(huì)分解為黑色的氧化銅沉淀（實(shí)際上也含有部分氫氧化銅），其在振蕩之后會(huì)立刻出現(xiàn)松散的問題，并且在加熱之后不出現(xiàn)分解問題，具體化學(xué)反應(yīng)公式如下：

4CuSO4+6NaOH===Cu4（OH）6SO4↓+3Na2SO4

由此可知，在硫酸銅溶液和氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)的過程中，兩種反應(yīng)物濃度會(huì)對(duì)實(shí)際的生成物產(chǎn)生重大影響。

異常現(xiàn)象解析 在實(shí)驗(yàn)操作過程中，除了常規(guī)的現(xiàn)象之外，還存在一些異常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，下面就這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中的異常現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)分析和討論，具體表述如下。

第一種異常現(xiàn)象主要為：通常而言，該實(shí)驗(yàn)正規(guī)現(xiàn)象主要從膠水滴管部位處“生長(zhǎng)出”藍(lán)色固體，并且其體積會(huì)隨著硫酸銅溶液的增加而繼續(xù)增大，生成的藍(lán)色沉淀在震蕩時(shí)不會(huì)發(fā)生體積上的改變，同時(shí)放到試管中進(jìn)行加熱時(shí)，其會(huì)快速變黑。但是在加入少量硫酸銅溶液的時(shí)候，此時(shí)震蕩螺口瓶，會(huì)發(fā)現(xiàn)部分生成的沉淀出現(xiàn)溶解的問題，并且在靜置情況下表現(xiàn)為藍(lán)色的特征。實(shí)際上，如果相應(yīng)的氫氧化鈉溶液容量比較多，那么剩下的氫氧化鈉會(huì)同已經(jīng)生成的氫氧化銅繼續(xù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一種不同于硫酸銅和氫氧化銅的新化合物——四羥基合銅酸鈉。

為了驗(yàn)證推測(cè)的準(zhǔn)確性，取用反應(yīng)之后的少量藍(lán)色溶液，向其中加入一些鋁粉，并生成一些氣體。待化學(xué)反應(yīng)結(jié)束之后，原有的藍(lán)色溶液逐漸變成無色，并且在瓶底及液面上出現(xiàn)一些黑色固體，并夾雜有紅色顏色；待將相應(yīng)的黑色固體取出之后，倒入一些稀鹽酸，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的紅色固體沒有發(fā)生溶解，黑色固體溶解了，相應(yīng)的溶液也逐漸變藍(lán)。

另外一種異常現(xiàn)象主要為：在少量的氫氧化鈉溶液和過量的硫酸銅溶液會(huì)生成顏色比較淺的堿式硫酸銅沉淀，同時(shí)也存在一些結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)固的沉淀，其在振蕩之后會(huì)立刻出現(xiàn)松散的問題，并且在加熱之后不出現(xiàn)分解問題。與此同時(shí)，該固體相應(yīng)的顏色也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闇\藍(lán)綠色，但是在螺口瓶的瓶底依舊存有少量的亮藍(lán)色沉淀物，并且相應(yīng)的顏色也沒有發(fā)生改變。而在對(duì)螺口瓶進(jìn)行清洗過程中，螺口瓶瓶底部位有一些較難清洗的亮藍(lán)色沉淀。

實(shí)際上，在第二次化學(xué)反應(yīng)中，固體生成物會(huì)從膠水滴管口逐漸延伸到螺口瓶的瓶底。但是由于氫氧化鈉溶液本身的濃度比較高，相應(yīng)的密度也比較大，因此，部分氫氧化鈉會(huì)沿著已經(jīng)生成的固體物質(zhì)掉落入瓶底，這在一定程度上使瓶底的氫氧化鈉溶液濃度極大提升。此時(shí)和硫酸銅溶液繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)的過程中，硫酸銅過量的條件已經(jīng)不復(fù)存在，實(shí)際上又成為第一種實(shí)驗(yàn)條件。而針對(duì)那些清洗困難的沉淀而言，其實(shí)際上就是生成的氫氧化銅沉淀。

為了驗(yàn)證上述假設(shè)，可以從螺口瓶的瓶底部刮下一些固體沉淀，放入試管中，并加入少量的水，然后進(jìn)行加熱，此時(shí)的藍(lán)色沉淀會(huì)快速變成黑色的氧化銅。由此可知，螺口瓶瓶底的藍(lán)色沉淀確實(shí)為氫氧化銅固體，這也在一定程度上驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)一中的結(jié)論，即在硫酸銅溶液過量、氫氧化鈉溶液少量的條件下，會(huì)生成堿式硫酸銅。

5 結(jié)語

綜上所述，硫酸銅與氫氧化鈉溶液會(huì)因反應(yīng)物量或者添加順序的不同而產(chǎn)生不同的反應(yīng)現(xiàn)象。如果氫氧化鈉溶液過量，那么就會(huì)生成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的深藍(lán)色硫酸銅沉淀；如果硫酸銅過量，那么就會(huì)生成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差的淺藍(lán)色堿式硫酸銅沉淀。因此，在講解該部分教學(xué)知識(shí)的時(shí)候，初中教師應(yīng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝備，使學(xué)生全面了解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1]張良松.酚酞滴入氫氧化鈉溶液，紅色為什么會(huì)消失[J].新課程：教研版，2011（2）.