斐林試劑與還原性糖溶液反應過程探究

摘 要：高中化學必修二和高二生物必修一課本中分別都設計了斐林試劑與葡萄糖溶液在加熱條件下的反應。其中，化學必修二所用還原性糖是實驗室所配的葡萄糖溶液，生物必修一所用的還原性糖是鮮榨的蘋果汁。無論還原性糖的來源如何，與斐林試劑在加熱條件下都應該產生磚紅色沉淀，但在實際操作中往往會產生其他一些現象，為此，對其實驗過程進行了簡單探究。

關鍵詞：斐林試劑；葡萄糖溶液；醛基；氧化反應

斐林試劑實際就是新制Cu（OH）2懸濁液，也就是在使用時用NaOH溶液和CuSO4溶液混合而成，生物課本中配制斐林試劑所需的基礎試劑要求是具體的：0.1g/mlNaOH溶液0.05g/mlCuSO4溶液；化學必修二所述比較籠統，在實驗中發(fā)現，生物實驗中出現意外現象的情況較少，而化學實驗出現意外現象的情況就比較多，有此推測，斐林試劑在與葡萄糖溶液反應時應該與配制斐林試劑的基礎溶液的濃度、溶液的滴加順序、加熱的溫度都有關系。

為此，我進行了如下實驗：

1.配制3mol/L氫氧化鈉溶液300ml、2mol/L葡萄糖溶液50ml以及1mol/L硫酸銅溶液100ml。

2.在溫度為40℃的10mlNaOH溶液中滴加5滴硫酸銅溶液，產生黑色沉淀，將此沉淀編號為沉淀1。滴加2ml葡萄糖溶液充分搖勻，溶液變?yōu)槌赛S色，將此試劑編號為試劑1。靜置30s，滴加5滴硫酸銅溶液，顏色加深。再滴加5滴、5滴，顏色無明顯變化。

3.室溫下，另取10ml氫氧化鈉溶液，滴加6滴硫酸銅溶液，滴加2ml葡萄糖溶液，立刻放入冰水中冷卻25s，溶液產生分層，將其搖勻，滴加10滴硫酸銅溶液，溶液由紅色便褐色，靜置短時，溶液變深紫紅色，將此試劑編號為試劑5，呈深紫紅色。

4.室溫下，另取10ml氫氧化鈉溶液，滴加5滴硫酸銅溶液，變?yōu)樗{絮狀懸濁液，滴加2ml葡萄糖溶液，試管壁變熱，表明該反應為放熱反應，多次滴加5滴硫酸銅溶液，則呈赭石色，將此試劑編號為試劑2。

5.室溫下，另取10ml氫氧化鈉溶液，滴加3滴硫酸銅溶液并滴加2ml葡萄糖溶液，震蕩，溶液變?yōu)榧t色，繼續(xù)滴加硫酸銅溶液，試劑顏色加深，將這些試劑分別編號為試劑3，呈西瓜紅色；試劑4，呈棕紅顏色。

6.室溫下，改變氫氧化鈉溶液物質的量濃度為1.25mol/L。取10ml氫氧化鈉溶液，滴加5滴硫酸銅溶液并滴加少量葡萄糖溶液，震蕩，溶液變?yōu)榻{藍色，將此試劑編號為試劑6，呈絳藍色。繼續(xù)搖勻，出現墨綠色溶液。不停地慢慢地滴加硫酸銅溶液，最終出現絳紫色溶液，將此試劑編號為試劑7，呈絳紫色。

7.室溫下，將所有試管放置于暖氣片旁（暖氣片溫度為34℃，基本恒溫），緩慢加熱，靜置4天。部分試管底部的沉淀出現分層，由下至上藍色沉淀、綠色沉淀、磚紅色沉淀。綠色沉淀愈來愈深，上層分別出現藍色溶液、淡黃色溶液。

經過甄別，我選取了編號分別為2、4、7的三個具有代表性的試管，將不同顏色的沉淀分離出來，對其成分找權威實驗室做了檢測，結果顯示成分只有氧化亞銅和銅。

根據結果我進一步思考：為什么變量不同，沉淀的成分基本一致，分散系的顏色卻有如此的差別？是溶液里的溶質不同？還是沉淀中的少量雜質造成的？帶著問題我查閱了大量資料，初步得出的結論是：新制氫氧化銅懸濁液與葡萄糖溶液的反應現象隨反應條件的變化而變化。反應體系中，反應物的量不是按照化學計量比加的，反應物的量不確定，pH值是變化的，造成反應產物的不同而表現為現象的變化。醛基被新制的氫氧化銅懸濁液氧化，其產物的成分以氧化亞銅為主，但由于葡萄糖為多羥基醛，與硫酸銅的濃度配比不同可產生不同的分散系顏色，該顏色的差別應該是溶液中溶質成分的濃度不同和少量的固體雜質造成的。

那些黑色、橙色的物質是什么？查閱資料得知：氧化銅為黑色、銅離子為藍色、銅銹為綠色、氧化亞銅為磚紅色，所以，磚紅色沉淀應為氧化亞銅.

總之，葡萄糖是多羥基醛，多個羥基與醛基作為配位，硫酸銅水溶液具有4個水分子，二者均是配位化合物。在兩種配體間配位能力相差不大的情況下，可加入其中一種配體來產生濃度差，從而進行取代反應，形成配位化合物，新配體的配位能力很強時，不需要過量的新配體就能得到穩(wěn)定的新配合物。

因此，新制氫氧化銅懸濁液與葡萄糖溶液發(fā)生反應時，葡萄糖溶液與硫酸銅溶液的配位取代反應與葡萄糖溶液同時反應，醛基被新制的氫氧化銅懸濁液氧化的反應原理沒有受到影響，但配位作用和與空氣中的二氧化碳的作用會使分散系的顏色發(fā)生變化。

由于硫酸銅濃度變量引起的結果是：隨著硫酸銅溶液的滴加，葡萄糖溶液與硫酸銅溶液的濃度差逐漸變化，隨著硫酸銅溶液濃度的增大，配合物[CH2OH（CHOH）4COOH]2Cu的濃度增大，[CH2OH（CHOH）4COOH]2Cu的絳藍色和氧化亞銅的磚紅色組合，使分散系的顏色趨向于藍紫色。

由于與空氣中二氧化碳作用時間的變量引起的結果是：隨著與空氣中二氧化碳作用時間的增長，沉淀中Cu2（OH）2CO3的比例增大，Cu2（OH）2CO3的綠色和氧化亞銅的紅色組合使分散系的顏色趨向于黑色。

作者簡介：王秀萍（1966.1—），女，漢族，甘肅省臨澤縣人，理學學士，中學化學高級教師，研究：專注如何提高中學化學課堂教學的效率。