实验研究 关于氢氧化铜及有关反应的实验探究 党文祥，李旭娃” （秦安县第三中学，甘肃秦安７４１６０７） 摘要：中学化学教材中对ｃｕ 与ＯＨ一反应的生成物的叙述，存在与实际不符的情况，会对教学产生误导。通过实验探 究，揭示了ｃｕ 与ＯＨ一反应的生成物随时间、浓度、温度的变化而变化的情况。提出了溶解性表中对生成物相应符号的合理表 述。指出了Ｃｕ（ＯＨ） 在教学中的重要性及教材的局限性。建议对Ｃｕ（ＯＨ） 的制取从量化着手，才能避免教学中的盲目性。并对 其量化的具体操作进行了举例说明。 关键词：Ｃｕ 与ＯＨ一的组合；溶解性表；氢氧化铜；量化操作范围 文章编号：１００５—６６２９（２０１６）１２—００７０～０３ 中图分类号：Ｇ６３３．８ 文献标识码：Ｂ 中学化学教材中，对于Ｃｕ 与ＯＨ一反应的生 造有利条件。 成物都叙述为Ｃｕ（ＯＨ），。酸、碱、盐的溶解性表（下 称溶解性表）中，Ｃｕ 与ＯＨ一的组合对应的符号是 “不”，根据表中的含义可知，“不”对应的物质也 是Ｃｕ（ＯＨ） 。 然而，在教学实践中，可溶性铜盐溶液与碱 １实验探究 实验ｌ （１）取２支小试管，分别编为１号和 ２号。向１号中加入２０滴０．１ ｔｏｏｌ・Ｌ 的ＣｕＳＯ 溶 液，再加入１２滴０．２ ｏｔｏｌ・Ｌ一的ＮａＯＨ溶液（吸取 两种溶液时，分别用相同型号的胶头滴管，以减小 溶液混合时，除了看到有蓝色沉淀之外，还会看 其体积之差，下同），振荡后静置。向２号试管中 到有绛蓝色溶液、绛蓝色悬浊液以及蓝色沉淀变 加入２０滴０．１ ｍｏｌ・Ｌ 的ＣｕＳＯ 溶液，再加入５０ 黑等多种现象。不同的现象对应着不同的物质。 Ｃｕ（ＯＨ） 的有关问题是化学教学的内容之－一，不同 滴０．２ ｍｏｌ・Ｌ 的ＮａＯＨ溶液，振荡后静置。两个 试管中，上部都是无色液体，下部都是沉淀。１号 物质及其现象的出现，会干扰有关教学的顺利进 中沉淀为浅蓝色，２号中沉淀为蓝色。１号试管放 行。例如，向２Ｏ滴０．１ ｔｏｏｌ・Ｌ 的ＣｕＳＯ 溶液中加 置几十天（塞紧试管口，以防水分蒸发）也不变 入ｌ０滴０．２ ｏｔｏｌ・Ｌ 的ＮａＯＨ溶液时，其生成物是 黑，而２号试管放置１小时后，蓝色沉淀中出现了 浅蓝色（接近浅绿色）的物质，而且并非絮状，显 黑色，而且黑色越来越深。 然不是Ｃｕ（ＯＨ） 。但根据教材内容，不仅会将碱式 硫酸铜误认为是Ｃｕ（ＯＨ） ，而且会将其浅蓝色（接 近浅绿色）误认为是蓝色，将其非絮状误认为是絮 状。这样，对物质的颜色和状态的印象、概念的形 成以及判断标准的形成都会产生干扰或误导。因 什么物质，这些物质分别是在什么条件下制取的， 才有可能避免与教学无关问题的出现，为教学创 通讯联系人。Ｅ－ｍａｉｌ：１９０１９２７９０２＠ｑｑ．ｃｏｍ。 （２）再取２支试管，分别编为３号和４号。向 ３号试管中加入浓度和体积与１号中完全相同的 两种溶液，振荡。向４号试管中加入浓度和体积与 ２号中完全相同的两种溶液，振荡。显然，３号和４ 号中的生成物应该分别与１号和２号中的生成物 此，为了教学需要，必须弄清楚不同现象分别对应 相同。分别用酒精灯加热，当刚出现沸腾现象时移 离火焰，等待片刻，再接触火焰。如此反复，使液体 温度保持在８０￣Ｃ与沸点之间。可以看到，３号试管 中国化学会化学教育委员会基础教育“十二五”规划课题“用变化的观点研究酸碱盐的溶解性表 研究成果之一（课题批准号：ＨＪ２０１５００１０）。 【３］王程杰．关注氯离子效应在实验中的应用ｒＪ］．化学教学， ２０１５，（１２）：５３Ｎ５６． 【４］谈小强．关于钢铁腐蚀的理论探讨和实验分析 化 学教学，２０１２，（５）：４７Ｎ４９． ［５］刘怀乐．理性解读浓硫酸的吸水性、脱水性和氧化 ７０ 性Ｌ『】．教学仪器与实验，２０１０，２６（３）：２９－３１． 【６】【７】北京师范大学，华中师范大学，南京师范大学无机化 学教研室．无机化学（下册）（第四版）【Ｍ】．北京：高等教育出版 社．２００３：７６０￣７８４． 化学教学 ２０１６年第１２期 实验研究 如此加热几分钟都没有黑色出现，而４号试管加 Ｃｕ 不会被完全沉淀。但上部的液体无色，说 热至还未沸腾就出现变黑现象，当刚沸腾时，就全 明ｃｕ 基本上被完全沉淀了，即ｃｕ 基本上都 部变为黑色的液体混合物了。 实验２取２支小试管，分别编为１号和２号。 进入到沉淀中 而沉淀是电中性的，在沉淀中， 除了加入的ＯＨ一和水电离的ＯＨ～（这部分的量 向ｌ号中加人２０滴５ ｍｏｌ・Ｌ 的ＮａＯＨ溶液，再 很小），肯定还有一种阴离子，这种阴离子只能是 加入５滴０．５ ｍｏｌ・Ｌ 的ＣｕＳＯ 溶液，振荡后静置。 可以看到上部出现绛蓝色液体，下部出现蓝色沉 淀（蓝色因受绛蓝色的影响而不明显）。十几分种 后，液体还未澄清，沉淀就已经完全变成了黑色。 向２号试管中加入２０滴１４ ｍｏｌ・Ｌ 的ＮａＯＨ溶液， 再加入３滴０．５ ｍｏｌ・Ｌ 的ＣｕＳＯ 溶液，充分振荡。 可以看到试管中只有绛蓝色的溶液。 实验３取２支小试管，在１支中加入２０滴 ０．１ ｍｏｌ・Ｌ 的ＣｕＳＯ 溶液，向另１支试管中加入５０ 滴０．２ ｍｏｌ・Ｌ 的ＮａＯＨ溶液，同放于８０℃以上 的水浴中加热数分钟，使两种溶液的温度都升至 ８０℃以上。趁热将ＮａＯＨ溶液倒人装ＣｕＳＯ 溶液 的试管中。可以看到，液体混合时立刻变黑，静置 后分层，上部为无色液体，下部为黑褐色沉淀。 实验４取１支小试管，重复实验２中的２号 实验，使其用量和操作与其完全相同。得到绛蓝色 的［Ｃｕ（ＯＨｈ］ 一溶液。然后向其中加入原混合液总 滴数（２３滴）６倍（１３８滴）的水，振荡后静置。１天 后倾斜试管观察，试管底部和试管壁上是黑色或 黑褐色的沉淀ＣｕＯ（因分布多少和疏密不同，其颜 色有所不同），从其上部看到液体由绛蓝色变为无 色。而实验２中２号试管中的绛蓝色溶液放置约 １０～４０天，溶液颜色仍未改变，但其下部有很少量 黑色沉淀出现，而且逐渐增多。 ２问题分析 （１）实验１中：①１号和２号试管中沉淀的 颜色不同；②３号和４号试管中的沉淀，在加热时 产生的现象不同。说明１号和２号试管中的沉淀 是不同物质。由资料ｎ 可知，Ｃｕ（０Ｈ） 受热易分解， 在溶液中加热至８Ｏ ，就变为黑褐色的ＣｕＯ。由 此可以推知，４号试管中的沉淀是Ｃｕ（ＯＨ），，进而 可以推知２号试管中的沉淀也是Ｃｕ（ＯＨ），。 在１号试管中，ｎ（Ｃｕ ＋）： （ＯＨ＿）＝［ｃ（ｃｕ ＋）・Ｖ（Ｃｕ ）］： ［ｅ（ＯＨ－）・Ｆ（ＯＨ－）］＝（０．１ ｍｏｌ・Ｌ一×２０滴）：【０．２ ｍｏｌ・Ｌ ×１２滴）＝１：１．２（在此，虽然单位不一致，但对于比 值的计算没有影响，没必要将滴化为Ｌ）＞１：２。 若以加人的ＯＨ一沉淀Ｃｕ ，显然ＯＨ－是不足的， 化学教学 ２０１６年第１２期 ｓｏｌ一。说明１号试管中Ｃｕ 、ＯＨ一、ｓＯ 一共同参与 了沉淀反应，生成物是碱式硫酸铜，其化学式为 ３Ｃｕ（ＯＨ）２・ＣｕＳＯ４【２Ｊｏ 实验１不仅说明２号试管中的沉淀是 Ｃｕ（ＯＨ） ，而且说明Ｃｕ（ＯＨ） 不稳定，在２０￣Ｃ时，会 随时间的变化缓慢地转化为ＣｕＯ和Ｈ：０。 （２）实验２中的绛蓝色物质是［Ｃｕ（ＯＨ） ］扣。１ 号中的沉淀变黑，说明其沉淀是Ｃｕ（ＯＨ） 。但由于 绛蓝色液体浑浊不清、沉淀密集、沉淀变黑快的影 响，难以看清Ｃｕ（ＯＨ），的性质特征。 实验１和实验２说明，Ｃｕ 与ＯＨ一反应时， 其生成物会随着混合液中两种离子浓度的变化 而变化。①浓度较小的两种溶液混合时，会生 成３Ｃｕ（ＯＨ） ・ＣｕＳＯ 和Ｃｕ（ＯＨ）：，不会生成绛 蓝色的［Ｃｕ（ＯＨ） 】 一（后面叙述）。②当ＮａＯＨ溶 液浓度较大时生成Ｃｕ（ＯＨ） 和［Ｃｕ（ＯＨ）４］ 一的混 合物；当ＮａＯＨ溶液浓度足够大时，不会生成 ３Ｃｕ（ＯＨ）：・ＣｕＳＯ ，生成Ｃｕ（ＯＨ） 的趋势也是很小 的，主要生成【Ｃｕ（ＯＨ） 广。 （３）实验３说明，当温度高于８０％时，Ｃｕ 与 ＯＨ一不会生成Ｃｕ（ＯＨ）２，直接生成ＣｕＯ和Ｈ２０。 比较实验１和实验３可知，当混合液中的ｃｕ 与 ＯＨ一以１：２反应时，在不同温度条件下的生成物是 不同的。 （４）为什么上述绛蓝色溶液中加水后会发生 变化呢？Ｃｕ（ＯＨ），具有两性，不仅能溶于强酸，而 且能溶于强碱ｐ】。在强碱溶液中溶解时，形成络离 子［Ｃｕ（ＯＨ） ］ 。由实验２的２号及实验４说明，在 绛蓝色混合物中存在着平衡关系［Ｃｕ（ＯＨ） ］扣一 Ｃｕ（ＯＨ） ＋２０Ｈ一。在实验２的２号中，足够大的ＯＨ一 浓度，使Ｃｕ 几乎都以［Ｃｕ（ＯＨ）４］ 一存在。使平衡 右移的趋势很小。所以，相对来说［Ｃｕ（ＯＨ） 】 一是很 稳定的，能够存在很长时间。而在实验４中，加水 之后，使两边的离子浓度都因稀释而减小。在这种 情况下，平衡就向着离子计量数大的方向移动，即 向右移动。所以就生成了Ｃｕ（ＯＨ） 。Ｃｕ（ＯＨ） 不稳 定，不断转化成了黑色的ＣｕＯ和Ｈ ０。Ｉ－Ｉ ０的不断 实验研究 生成，使两种离子浓度不断地减小，使平衡不断地 应，不论什么隋况，都会理所当然地认为其生成物 右移，使［Ｃｕ（ＯＨ） １ｚ＇最终完全转化成了ＣｕＯ和 就是Ｃｕ（ＯＨ） ，都会理所当然地写出化学方程式 Ｈ２０ｆ４＿。 Ｃｕ ＋２０Ｈ一一Ｃｕ（ＯＨ） ，也就会自然而然地将相 所以，当ＯＨ一浓度较小时，只能生成 应物质的颜色和状态认为就是Ｃｕ（ＯＨ），的颜色和 ３Ｃｕ（Ｏｎ） ・ＣｕＳＯ 和Ｃｕ（ＯＨ）：，而不会生成 状态。这样，教材必然会对Ｃｕ（ＯＨ），的教学产生负 ［Ｃｕ（ＯＨ）４ｒ。 ３归纳总结 由上述内容可知： 面影响。 ４．３建议对Ｃｕ（ＯＨ），的制取采取量化处理 鉴于上述原因，必须弄清ｃｕ 与ＯＨ一在什么 （１）Ｃｕ 与ＯＨ一反应的生成物随时间、浓 条件下的生成物是Ｃｕ（ＯＨ） ，Ｃｕ（ＯＨ） 在什么条件 度、温度的变化而变化。所以，其生成物有多种， Ｃｕ（ＯＨ）：只是其中之一。Ｃｕ（ＯＨ） 只能在一定时段 内存在，是过渡性物质。 （２）溶解度概念中，温度是一定的。而在溶解 性表中，又规定了其温度为２Ｏ℃。所以，在２０℃时， 对于ｃｕ。 与ＯＨ一的组合：①如果两种离子在混合 液中的浓度一定，仅从时间变化的角度来审视，在 溶解性表中的符号应该是“不（变）一”；②如果不 考虑时间因素，仅从浓度变化的角度来审视，在溶 解性表中的符号应该是“不（或）一”。而在实际教 学中，在判断复分解反应或离子反应能否进行时， 两种情况都是存在的。综合起来，可以用“不，一” 来表示。 所以，对于溶解性表，要用变化的观点、从不 同的角度来研究，才能得出更为合理、完善、科学 的结论。 ４对氢氧化铜的教学建议 ４．１ Ｃｕ（ＯＨ），在教学中的重要性 Ｃｕ（ＯＨ）：的制取及其有关性质，主要是在初中 介绍的。其目的之＿就是让学生知道生成Ｃｕ（ＯＨ）， 的原理，并通过观察初步感知Ｃｕ（ＯＨ），的蓝色和 絮状，形成印象和概念，帮助其形成对其他颜色和 物质状态的分辨能力。所以，教学中制取Ｃｕ（ＯＨ１ 时，明确地显示其标准的蓝色和絮状特 ，显得尤 为重要。 ４．２教材的局限性 在中学阶段，学生的认知水平和接受能力是 有限的，教材中对知识内容的介绍不宜太多太深。 所以，在编写教材的过程中，不论是图文内容还 是溶解性表，都只说ｃｕ（ＯＨ） ，而对其他问题避之 不谈（当然这不能说成是错误的）。但教材内容 的回避，是回避不了教学中可能遇到的实际问题 的。因为根据教材内容，只要是Ｃｕ 与ＯＨ一的反 ７２ 下才会充分显示其标准的性质特征，为此，就要从 溶液的量化着手。经反复验证，用Ｏ．１～０．３ ｍｏｌ・Ｌ 的ＣｕＳＯ 溶液和ＮａＯＨ的溶液，其效果最好， 而且对其用量（体积）的多少容易调节和掌 控。当混合液中ｎ（Ｃｕ ）：，ｚ（０Ｈ一）＝１：２时，得到的是 ３Ｃｕ（ＯＨ）：・ＣｕＳＯ 与Ｃｕ（ＯＨ）：的混合物。在实际操 作中，当两种溶液的浓度在Ｏ．１～０．３ ｍｏｌ・Ｌ一 的范 围内时，所用体积的量以１：１０≤ｎ（Ｃｕ ｂ：ｎ（ＯＨ一）≤１：３ 为大致条件。这样，浓度的限制，避免了［Ｃｕ（ＯＨ） ］ 一 的生成，体积的限制，又避免了碱式硫酸铜的生 成。在此条件下，就可以放心地制取“纯度高”、疏 密适宜、标准蓝色、絮状明显、放置相对较长时间 才会变黑的最适宜示范教学的Ｃｕ（ＯＨ），沉淀。 例如，教学中用０．１ ｍｏｌ・Ｌ 的ＣｕＳＯ 溶液与 ０．２ ｍｏｌ・Ｌ－ 的ＮａＯＨ溶液制取ｃｕ（ｏｌａ），，应取两种 溶液各为多少？答：首先对ｎ（Ｃｕ ＋）： （０Ｈ＿）在１：１０～１：３ 之间任取一个值，例如取１：６，那么［ｃ（ｃｕ ＋）・ⅥＣｕ ）］： ［ｃ（ＯＨ一）・Ｖ（ＯＨ一）］＝［０．１ ｍｏｌ・Ｌ Ｘ Ｃｕ ）］：［０．２ ｍｏｌ・Ｌ ｘ Ｖ（ＯＨ－）］＝１：６，则Ｖ（ＯＨ－）＝３Ｖ（Ｃｕ ＋），其中 的单位可 以是滴，也可以是ｍＬ。当Ｖ（Ｃｕ ＋）＝２０滴时，Ｖ（ＯＨ－） ＝６０滴。当ⅥＣｕ ＋）＝１ｍＬ时，Ｖ（ＯＨ－）＝３ｍＬ。…… 观察用较小浓度的溶液制取的Ｃｕ（ＯＨ），时， 建议最好在２０分钟之内完成。 参考文献： 【１］北京师范大学等编．无机化学（下册）【Ｍ】．北京：人民 教育出版社，１９８１：８４７￣８４８． （２】武汉大学等编．分析化学（第二版）［Ｍ】．武汉：高等 教育出版社，１９８２：１５． ［３］朱华英，刘怀乐．碱性Ｃｕ（ＯＨ）：浊液检验一ＣＨＯ的 作用机理探究【Ｊ１ｌ化学教学，２０１５，（２）：５１￣５３． 【４】李红萍，丁伟．硫酸铜与氢氧化钠溶液反应条件探究 ［Ｊ１．化学教学，２０１４，（２）：４９～５１． 化学教学 ２０１６年第１２期