初中化學(xué)實驗教學(xué)中硫酸銅溶液滴加的實驗探究

初中化學(xué)實驗教學(xué)中硫酸銅溶液滴加的實驗探究

九年級教材《化學(xué)》中的這樣一種實驗：在2ml氫氧化鈉溶液中滴加硫酸銅溶液，觀察現(xiàn)象。用酒精燈加熱，觀察現(xiàn)象。這個實驗似乎很簡單,實驗預(yù)期現(xiàn)象為產(chǎn)生藍(lán)色絮狀氫氧化銅沉淀,加熱后氫氧化銅分解生成黑色氧化銅。但從文獻(xiàn)[2~4]中發(fā)現(xiàn),硫酸銅和氫氧化鈉的用量不同,發(fā)生的反應(yīng)不同,通常有三種情況:(1)硫酸銅過量,混合生成淺藍(lán)色堿式硫酸銅沉淀,水浴加熱不分解:6NaOH+4CuSO4=Cu4(OH)6SO4↓+3Na2SO4(2)兩者量適當(dāng),混合生成藍(lán)色絮狀氫氧化銅沉淀,水浴加熱分解成黑色CuO:2NaOH+CuSO4=Cu(OH)2↓+Na2SO4;(3)氫氧化鈉過量,混合生成亮藍(lán)色銅酸鈉,水浴加熱不分解:4NaOH+CuSO4=Na2[Cu(OH)4]+Na2SO4教材中設(shè)定該實驗的目的是讓學(xué)生掌握基本的實驗操作,學(xué)會觀察、記錄實驗現(xiàn)象,初中階段實驗教學(xué)中應(yīng)避免(1)、(3)兩種復(fù)雜情況的出現(xiàn)。而教材中并無對反應(yīng)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的規(guī)定,導(dǎo)致硫酸銅和氫氧化鈉的用量不確定。中學(xué)實驗中硫酸銅溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常為2%,因此固定硫酸銅溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%,通過改變影響實驗的兩個主要因素:氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、反應(yīng)物的滴加順序來探究實驗的適宜條件,以期為教師實驗教學(xué)提供參考。1u3000測試方法(1)配制2%的硫酸銅溶液,2%、4%、6%、8%、10%、20%的氫氧化鈉溶液。(2)A組:取10支試管編號1~10,分別裝2mL2%的氫氧化鈉溶液,再依次滴入2%的硫酸銅溶液1~10滴,從滴加瞬間、振蕩、靜置、水浴加熱四個時刻觀察并記錄實驗現(xiàn)象。B組:將A組試劑反滴,即向10支裝有2mL2%的硫酸銅溶液試管中依次滴加1~10滴2%氫氧化鈉溶液。(3)依次用4%、6%、8%、10%、20%的氫氧化鈉溶液,重復(fù)第(2)步操作。2結(jié)果與討論2.1堿式碳酸銅綠色沉淀的分離純化從表1看出,2%~4%的氫氧化鈉溶液中滴加1~10滴2%的硫酸銅溶液都生成Cu(OH)2沉淀;2%~8%的氫氧化鈉溶液中滴加3~10滴2%的硫酸銅溶液都生成Cu(OH)2沉淀。實驗時滴加1~2滴硫酸銅溶液,生成的藍(lán)色Cu(OH)2沉淀少,最好滴加3滴以上。此外,在A組實驗中還出現(xiàn)兩個意外現(xiàn)象,下面針對這兩個現(xiàn)象展開討論:(1)在2mL2%氫氧化鈉溶液中滴加2~5滴2%硫酸銅溶液,振蕩靜置后出現(xiàn)少量綠色沉淀。另外,筆者做過4mL0.5mol/L氫氧化鈉分別和3.0、3.5、4.0、4.5mL0.5mol/L硫酸銅溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù):NaOH~2.0%;CuSO4~7.4%)混合未振蕩靜置的實驗,出現(xiàn)藍(lán)色絮狀、淺藍(lán)色、綠色三種沉淀。在此出現(xiàn)的綠色沉淀是何物質(zhì),推測有以下兩種情況:1氫氧化銅與溶解在溶液中的二氧化碳生成綠色的堿式碳酸銅沉淀;2堿式硫酸銅屬于堿式鹽,通式為Cux(OH)ySO4·nH2O,綠色沉淀可能是堿式硫酸銅的一種。(2)在2mL20%氫氧化鈉溶液中滴加2%硫酸銅溶液,未振蕩,上層生成藍(lán)色絮狀沉淀,中層形成亮藍(lán)色環(huán),下層是未參與反應(yīng)的無色氫氧化鈉的溶液。氫氧化鈉溶液濃度高、黏度大,硫酸銅溶液滴入后與上層氫氧化鈉生成藍(lán)色Cu(OH)2絮狀沉淀,沉淀逐步向下擴(kuò)散與中層高濃度的氫氧化鈉生成亮藍(lán)色Na2[Cu(OH)4]溶液。理論上推測,再滴加適量的硫酸銅溶液使上層硫酸銅過量,靜置一段時間,上層會出現(xiàn)淺藍(lán)色的Cu4(OH)6SO4沉淀層,從而在一個試管中依次呈現(xiàn)淺藍(lán)色、藍(lán)色、亮藍(lán)色三個色層,讓學(xué)生形象直觀地看出氫氧化鈉與硫酸銅能發(fā)生三種反應(yīng),因而此實驗具有進(jìn)一步挖掘的價值。2.22堿式硫酸銅水浴加熱不分解從表2看出,2%的硫酸銅溶液中滴加1~10滴20%氫氧化鈉溶液都生成Cu(OH)2沉淀;2%的硫酸銅溶液中滴加3~10滴6%~20%的氫氧化鈉溶液都生成Cu(OH)2沉淀。此外,在2mL的2%的硫酸銅溶液中滴加4%的氫氧化鈉溶液5滴,生成Cu(OH)2沉淀和淺藍(lán)色的堿式硫酸銅沉淀,Cu(OH)2沉淀分解生成黑色的CuO,而堿式硫酸銅水浴加熱不分解;滴加6滴,生成較多的Cu(OH)2沉淀和較少的淺藍(lán)色的堿式硫酸銅沉淀,加熱后生成的黑色的CuO較多,不分解的淺藍(lán)色的堿式硫酸銅較少,較多黑色和較少淺藍(lán)色綜合呈灰黑色。在2mL2%的硫酸銅溶液中滴加2%的氫氧化鈉溶液10滴,加熱后也呈灰黑色,表明有少量淺藍(lán)色的堿式硫酸銅未分解。3u3000堿溶液的滴定綜上所述,得出如下結(jié)論:(1)2mL的氫氧化鈉溶液中滴加1~10滴2%的硫酸銅溶液,都只生成藍(lán)色Cu(OH)2沉淀,氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)為2%~4%;3~10滴都只生成藍(lán)色Cu(OH)2沉淀,氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)為2%~8%。(2)2mL2%的硫酸銅溶液中滴加1~10滴氫氧化鈉溶液,都只生成藍(lán)色Cu(OH)2沉淀,氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)為20%;3~10滴都只生成藍(lán)色Cu(OH)2沉淀,氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)