對(duì)鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究

1、對(duì)鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究文章編號(hào):1008-0546 （2013） 03-093-02 中圖分類號(hào):g633. 8 文 獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：bdoi： 10. 3969/j. issn. 1008-0546. 2013. 03. 040一、問題的提出人民教育出版社出版的義務(wù)教育教科書?化學(xué)?九年級(jí)?上冊(cè)第譏 單元課題一探究實(shí)驗(yàn)方案二（第93頁(yè)）中，提出將鐵釘放入硫酸銅溶 液中，希望學(xué)生觀察到“反應(yīng)前的總質(zhì)量等于反應(yīng)后的總質(zhì)量”的現(xiàn)象同 時(shí)，還能觀察到“溶液由藍(lán)色變?yōu)闇\綠色，鐵釘表面有紅色物質(zhì)”。但筆 者在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)：很難在短時(shí)間內(nèi)看到溶液由藍(lán)色變?yōu)闇\綠色；同時(shí) 還發(fā)現(xiàn)鐵釘表面冇時(shí)沒冇出現(xiàn)紅色物

2、質(zhì)，卻出現(xiàn)黑色物質(zhì)。這種異常的實(shí) 驗(yàn)現(xiàn)象給我們教學(xué)帶來(lái)了一些干擾，為此筆者做了大量的實(shí)驗(yàn)，有了一點(diǎn) 成果與各位讀者共享。二、實(shí)驗(yàn)探究1探究實(shí)驗(yàn)1（1）稱量龍無(wú)水硫酸銅固體多份，然后將不同質(zhì)量的水分別加入硫 酸銅固體中，攪拌溶解；（2）分別取3ml上述配制好的硫酸銅溶液于試管中，分別加入3根 3.9cm鐵釘;（3）觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（以3分鐘為限為了能準(zhǔn)確地描述現(xiàn)象，避 免自己主觀判斷，筆者請(qǐng)學(xué)生來(lái)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，下同)。現(xiàn)象如表1所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)硫酸銅與水的質(zhì)量比為3 : 70左右時(shí)，實(shí)驗(yàn)效果好；硫酸銅溶液濃度較低時(shí)，易出現(xiàn)黑色物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)分析：cu2+會(huì)發(fā)生水解現(xiàn)象，cu2+2h20cu (oh)

3、2+2h+,新生 成的氫氧化銅又極不穩(wěn)定，會(huì)迅速分解而變暗：cu (oh) 2=cu0+h20o初中化學(xué)中常見的可溶性銅鹽除硫酸銅外，還有氯化銅和硝酸銅，為 此筆者做了探究實(shí)驗(yàn)2。2 探究實(shí)驗(yàn)2分別配制與上述硫酸銅溶液(3 ： 70)濃度相當(dāng)?shù)穆然~溶液和硝酸 銅溶液，取少量溶液，分別加入3根鐵釘，觀察現(xiàn)象并記錄時(shí)間。現(xiàn)象如 表2所示：(筆者學(xué)校只有cuc12濃溶液，此溶液由于含有cuc142-和cu(h20)42+兩種配離子的緣故而顯綠色，當(dāng)加入一定量水后，水分子取代了 cuc142-中的c1-,形成cu (h20) 42+,溶液顏色就顯藍(lán)色了。)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：相同條件下，氯化銅溶液與鐵反應(yīng)的速

4、度明顯比硫酸銅、 硝酸銅溶液與鐵反應(yīng)的速度要快；氯化銅溶液與鐵反應(yīng)時(shí)幾乎看不到有黑色物質(zhì)出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)分析：鐵表面常會(huì)覆蓋一層氧化膜，阻止了 fe與cu2+接觸， 當(dāng)存在c1-時(shí)，c1-就穿過(guò)氧化膜，取代膜中的氧原子使具有保護(hù)作用的氧 化膜成為可溶性的氯化物，從而活化了金屬表面，促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行。山 于不同陰離子鉆穿能力不同(c1->s()42-、n03-),故對(duì)反應(yīng)影響就有差異。c1-絡(luò)合能力要強(qiáng)于 s042-、n03-, cu2+4c1-二cuc142-,這樣就 抑制了 cu2+的水解，減少了生成氧化銅的可能。既然有c1-的溶液反應(yīng)效果非常好，那在硫酸銅溶液中引入少量c1-, 實(shí)驗(yàn)效果將

5、會(huì)如何呢？為此筆者進(jìn)行了探究實(shí)驗(yàn)3。3 探究實(shí)驗(yàn)3在硫酸銅溶液（3 : 70）中加入少量nacl （筆者在約72ml的溶液中加 了小半約匙nacl）,攪拌溶解，取少量溶液，加入3根鐵釘，觀察現(xiàn)象并 記錄時(shí)間?，F(xiàn)象見表3所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在硫酸銅溶液屮加入少量nacl時(shí)，實(shí)驗(yàn)效果非常好。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：加入食鹽的量不可太多，這是因?yàn)榱蛩徙~會(huì)與過(guò)量的食鹽 發(fā)生反應(yīng)，cus04 （藍(lán)色）+4naclna2cuc14（黃色）+na2s04,溶液中 同時(shí)有cus04 （藍(lán)色）和na2cuc14（黃色）而使整個(gè)溶液顯綠色，從 而導(dǎo)致后面無(wú)法觀察到溶液顏色的變化。加熱是我們常見用于提高化學(xué)反應(yīng)速度的方法，如果我們提

6、高了硫酸 銅溶液的溫度實(shí)驗(yàn)效果乂將會(huì)如何呢？為此筆者乂做了探究實(shí)驗(yàn)4。4 探究實(shí)驗(yàn)4取少量硫酸銅溶液（3 : 70）于試管中，加熱溶液（筆者加熱到溶液 快要沸騰時(shí)），放入3根鐵釘，觀察現(xiàn)象并記錄時(shí)間。現(xiàn)象見表4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：提高硫酸銅溶液的溫度，實(shí)驗(yàn)效果也非常好。實(shí)驗(yàn)分析：由于溫度的升高，粒子運(yùn)動(dòng)速度加快，降低了反應(yīng)活化能, 增加了促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的有效碰撞次數(shù)，從而大大加快了反應(yīng)速度。三、建議1. 實(shí)驗(yàn)時(shí)，在硫酸銅溶液（3 : 70）中加入少量nacl或提高硫酸銅 溶液的溫度，會(huì)使實(shí)驗(yàn)效果非常好；2. 實(shí)驗(yàn)前可以用細(xì)線將鐵釘扌ii上，要觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，將鐵釘從溶 液屮牽出，方便學(xué)牛觀察鐵釘與溶液的變化；3. 訃學(xué)生觀察溶液顏色變化時(shí)，可以用原藍(lán)色的硫酸銅溶液做對(duì)比, 后面再用一張白紙放在容器