初中化学实验教学中硫酸铜溶液滴加的实验探究

初中化学实验教学中硫酸铜溶液滴加的实验探究

九年级教材《化学》中的这样一种实验：在2ml氢氧化钠溶液中滴加硫酸铜溶液，观察现象。用酒精灯加热，观察现象。这个实验似乎很简单,实验预期现象为产生蓝色絮状氢氧化铜沉淀,加热后氢氧化铜分解生成黑色氧化铜。但从文献[2~4]中发现,硫酸铜和氢氧化钠的用量不同,发生的反应不同,通常有三种情况:(1)硫酸铜过量,混合生成浅蓝色碱式硫酸铜沉淀,水浴加热不分解:6NaOH+4CuSO4=Cu4(OH)6SO4↓+3Na2SO4(2)两者量适当,混合生成蓝色絮状氢氧化铜沉淀,水浴加热分解成黑色CuO:2NaOH+CuSO4=Cu(OH)2↓+Na2SO4;(3)氢氧化钠过量,混合生成亮蓝色铜酸钠,水浴加热不分解:4NaOH+CuSO4=Na2[Cu(OH)4]+Na2SO4教材中设定该实验的目的是让学生掌握基本的实验操作,学会观察、记录实验现象,初中阶段实验教学中应避免(1)、(3)两种复杂情况的出现。而教材中并无对反应物质量分数的规定,导致硫酸铜和氢氧化钠的用量不确定。中学实验中硫酸铜溶液的质量分数通常为2%,因此固定硫酸铜溶液的质量分数为2%,通过改变影响实验的两个主要因素:氢氧化钠的质量分数、反应物的滴加顺序来探究实验的适宜条件,以期为教师实验教学提供参考。1u3000测试方法(1)配制2%的硫酸铜溶液,2%、4%、6%、8%、10%、20%的氢氧化钠溶液。(2)A组:取10支试管编号1~10,分别装2mL2%的氢氧化钠溶液,再依次滴入2%的硫酸铜溶液1~10滴,从滴加瞬间、振荡、静置、水浴加热四个时刻观察并记录实验现象。B组:将A组试剂反滴,即向10支装有2mL2%的硫酸铜溶液试管中依次滴加1~10滴2%氢氧化钠溶液。(3)依次用4%、6%、8%、10%、20%的氢氧化钠溶液,重复第(2)步操作。2结果与讨论2.1碱式碳酸铜绿色沉淀的分离纯化从表1看出,2%~4%的氢氧化钠溶液中滴加1~10滴2%的硫酸铜溶液都生成Cu(OH)2沉淀;2%~8%的氢氧化钠溶液中滴加3~10滴2%的硫酸铜溶液都生成Cu(OH)2沉淀。实验时滴加1~2滴硫酸铜溶液,生成的蓝色Cu(OH)2沉淀少,最好滴加3滴以上。此外,在A组实验中还出现两个意外现象,下面针对这两个现象展开讨论:(1)在2mL2%氢氧化钠溶液中滴加2~5滴2%硫酸铜溶液,振荡静置后出现少量绿色沉淀。另外,笔者做过4mL0.5mol/L氢氧化钠分别和3.0、3.5、4.0、4.5mL0.5mol/L硫酸铜溶液(质量分数:NaOH~2.0%;CuSO4~7.4%)混合未振荡静置的实验,出现蓝色絮状、浅蓝色、绿色三种沉淀。在此出现的绿色沉淀是何物质,推测有以下两种情况:1氢氧化铜与溶解在溶液中的二氧化碳生成绿色的碱式碳酸铜沉淀;2碱式硫酸铜属于碱式盐,通式为Cux(OH)ySO4·nH2O,绿色沉淀可能是碱式硫酸铜的一种。(2)在2mL20%氢氧化钠溶液中滴加2%硫酸铜溶液,未振荡,上层生成蓝色絮状沉淀,中层形成亮蓝色环,下层是未参与反应的无色氢氧化钠的溶液。氢氧化钠溶液浓度高、黏度大,硫酸铜溶液滴入后与上层氢氧化钠生成蓝色Cu(OH)2絮状沉淀,沉淀逐步向下扩散与中层高浓度的氢氧化钠生成亮蓝色Na2[Cu(OH)4]溶液。理论上推测,再滴加适量的硫酸铜溶液使上层硫酸铜过量,静置一段时间,上层会出现浅蓝色的Cu4(OH)6SO4沉淀层,从而在一个试管中依次呈现浅蓝色、蓝色、亮蓝色三个色层,让学生形象直观地看出氢氧化钠与硫酸铜能发生三种反应,因而此实验具有进一步挖掘的价值。2.22碱式硫酸铜水浴加热不分解从表2看出,2%的硫酸铜溶液中滴加1~10滴20%氢氧化钠溶液都生成Cu(OH)2沉淀;2%的硫酸铜溶液中滴加3~10滴6%~20%的氢氧化钠溶液都生成Cu(OH)2沉淀。此外,在2mL的2%的硫酸铜溶液中滴加4%的氢氧化钠溶液5滴,生成Cu(OH)2沉淀和浅蓝色的碱式硫酸铜沉淀,Cu(OH)2沉淀分解生成黑色的CuO,而碱式硫酸铜水浴加热不分解;滴加6滴,生成较多的Cu(OH)2沉淀和较少的浅蓝色的碱式硫酸铜沉淀,加热后生成的黑色的CuO较多,不分解的浅蓝色的碱式硫酸铜较少,较多黑色和较少浅蓝色综合呈灰黑色。在2mL2%的硫酸铜溶液中滴加2%的氢氧化钠溶液10滴,加热后也呈灰黑色,表明有少量浅蓝色的碱式硫酸铜未分解。3u3000碱溶液的滴定综上所述,得出如下结论:(1)2mL的氢氧化钠溶液中滴加1~10滴2%的硫酸铜溶液,都只生成蓝色Cu(OH)2沉淀,氢氧化钠溶液的质量分数应为2%~4%;3~10滴都只生成蓝色Cu(OH)2沉淀,氢氧化钠的质量分数应为2%~8%。(2)2mL2%的硫酸铜溶液中滴加1~10滴氢氧化钠溶液,都只生成蓝色Cu(OH)2沉淀,氢氧化钠溶液的质量分数应为20%;3~10滴都只生成蓝色Cu(OH)2沉淀,氢氧化钠的质量分数应