制取氫氧化銅實驗的真偽性探究

李旭娃 姚富明

[摘? ?要]初中化學教材分別在質量守恒定律、化學方程式以及酸、堿、鹽教學內容中，敘述了CuSO4溶液與NaOH溶液制取Cu（OH）2的實驗。若根據其中敘述進行實驗，當溶液濃度大時，要么得不到沉淀，要么得到復雜的沉淀。當溶液濃度小時，制得的絮狀物質不僅藍色淺，絮狀容易消失，而且最終得不到Cu（OH）2。為此引入過渡性物質概念，證明了氫氧化銅的過渡性，用其分析教材中的實驗為什么能得到藍色絮狀物質，而最終得不到Cu（OH）2的原因，指出了這些實驗敘述的不科學性，并找到了解決問題的辦法，提出了對教材和教參修改的建議。

[關鍵詞]氫氧化銅;制取實驗;過渡性物質;真偽性

新版義務教育教科書化學九年級上冊第111頁的實驗3-9（下稱實驗A），其內容是：錐形瓶中裝入5 mL硫酸銅溶液，將裝有3 mL氫氧化鈉的注射器插穿膠塞。推壓注射器活塞至1 mL刻度處，觀察實驗現象，反應前后稱量比較。

該實驗的教學目的是：借助實驗現象，掌握質量守恒定律，理解生成Cu（OH）2的反應原理，感知Cu（OH）2難溶和藍色絮狀的性質，為書寫生成Cu（OH）2的化學方程式提供事實依據。由此可見此實驗對于教學的重要性。然而對于該實驗，教材和教參中并沒有對溶液濃度進行說明，也沒有其他的限制條件。由此可推知，教材的編寫旨意是：不論濃度大小，只要將CuSO4和NaOH兩種溶液混合，就一定能得到Cu（OH）2。

那么，真實的反應情況如何，有待進一步的研究探討。

一、實驗探究

硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液的混合，當濃度大時，得不到氫氧化銅，得到的是Na2[Cu（OH）4]或復雜黏稠的混合物。顯然，該情況不適宜對氫氧化銅的認識和研究。因此，氫氧化銅的制取只能用硫酸銅與氫氧化鈉的稀溶液。

既然實驗1中不會得到Cu（OH）2，那么，混合后為什么會有藍色絮狀物質呢？

二、生成物的復雜性

1.過渡性物質概念的引入

前面所說的生成物，都是混合體系達到綜合平衡后的最終生成物。而當兩種溶液剛混合后的生成物，情況更為復雜。

【實驗3】取5支試管，編為1～5。向1號試管中加入2.5 mL 0.1 mol·L-1的CuSO4溶液，再加入1 mL? 0.1 mol·L-1的NaOH溶液。向2～4號試管中各加入20滴0.1 mol·L-1的CuSO4溶液，再分別依次加入0.1 mol·L-1的NaOH溶液31、35、39、43滴（為了充分觀察1號試管中的現象，將1號試管放在最后做）。其現象為：①都得到絮狀沉淀，不論振蕩與否，1號試管中的藍色明顯比5號試管中的淺，如圖1;②振蕩后比較，顏色從1號試管的淺藍色向5號試管的藍色過渡，即藍色依次變深，如圖2;③靜置約30分鐘，1號試管的絮狀消失，變為淺藍色沉淀沉積于試管底部，而2～5號試管中的沉淀仍然分布于液面下大部分空間，如圖3。（1號試管中的沉淀最終會變為穩定的淺綠色物質Cu4（OH）6SO4）[2] 。

實驗3中的絮狀物質都是Cu（OH）2。開始時在1～5號試管中的沉淀主要都是通過低條件反應[3]生成的Cu（OH）2和Cu2（OH）2SO4的混合物。1號試管中的絮狀Cu（OH）2不穩定，逐漸消失，而5號試管中的是穩定的，具有持久性。競爭反應中生成的不穩定的物質叫作過渡性物質，相對地，生成的穩定的物質叫作永久性物質。過渡性物質是通過競爭反應生成的，而永久性物質有的是通過競爭反應生成的（如實驗3的5號試管中的Cu（OH）2），有的是通過過渡性物質的轉化生成的（如實驗3的1號試管中的最終生成物Cu4（OH）6SO4）。

關于局部過濃、競爭反應、物質轉化的詳細論述，可參看“聚焦反應過程研究堿式硫酸銅的有關問題”[3]一文，在此不再贅述。

2.過渡性物質與永久性物質的關系

由此可知，當CuSO4溶液與NaOH溶液混合時，過渡性物質與永久性物質并非是固定不變的。在此條件下的過渡性物質，在彼條件下可能是永久性物質。在某條件下的某種生成物，可能既是過渡性物質，又是永久性物質。

因此，Cu（OH）2分為過渡性和永久性兩種。在實驗1中開始生成的Cu（OH）2是過渡性物質，在實驗2中生成的Cu（OH）2是永久性物質，而在實驗3的2～4號試管中的Cu（OH）2，既是過渡性物質（即轉化的部分），又是永久性物質（即剩余的部分）。

3.過渡性Cu（OH）2轉化的原因

可見，5號試管中的沉淀（永久性物質）比1號試管中的（過渡性物質）能更充分、更全面、更真實地反映Cu（OH）2的藍色絮狀特性。

三、教材實驗的問題所在

既然如此，有什么理由不剔除虛假的實驗呢？

教材對于涉及Cu（OH）2制取實驗的編寫，沒有形成對于過渡性和永久性Cu（OH）2的認識，只是利用了絮狀Cu（OH）2存在的普遍性，進行簡單化、定性化的處理。其結果使教材的敘述與客觀實際不吻合，既不科學，又不利于學生對Cu（OH）2性質的認識和概念的形成。

四、問題的解決

經實驗反復驗證，CuSO4和NaOH都用濃度為0.1∽0.3 mol·L-1的溶液時，所制得的永久性Cu（OH）2藍色鮮明，絮狀持久，是最理想、最適宜于教學的最佳選擇。

過渡性物質概念的引入，可加深學生對Cu（OH）2的認識，對于Cu（OH）2的教學以及有關問題的研究具有重要意義。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 《無機化學》編寫組.無機化學（下冊）[M].北京：人民教育出版社，1981.

[2]? 封享華，丁世敏，朱小麗，等.硫酸銅與氫氧化鈉反應生成堿式鹽的研究[J].化學教育，2015（9）：67-69.

[3]? 李旭娃，黨文祥，吳小平.聚焦反應過程研究堿式硫酸銅的有關問題[J].中學教學參考，2020（8）：55-57.

（責任編輯 羅 艷）