氢氧化钠与硫酸铜定量反应的研究
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氢氧化钠与硫酸铜定量反应的研究 口 陆江岚 浙江省绍兴县鲁迅中学（城南校区） ３１２０００ 氢氧化钠与硫酸铜的反应是中学化学一个常 见而普通的复分解反应。在高中化学实验中多次 要用到新制氢氧化铜，通常教师都会根据教学需 要，演示出现象为蓝色絮状沉淀，化学方程式为 ２ＮａＯＨ＋ＣｕＳＯ４＝Ｃｕ（ＯＨ）２ ＋Ｎａ２ ｓ０４。但在 学生实验时，部分学生可能会看到白白蓝蓝的沉 淀，也可能看到苹果绿色的沉淀或是看到溶液的 颜色远比硫酸铜颜色更深的蓝色等等。为了对这 些非预期现象做出较为准确的解释，我们选择从 定量分析的角度对氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液的 反应进行研究。 １实验研究 实验试剂：１ｍｏｌ／Ｌ硫酸铜溶液，１ｍｏｌ／Ｌ氢氧 化钠溶液，６ｍｏｌ／Ｌ氢氧化钠溶液。 以向硫酸铜溶液中滴加氢氧化钠溶液为例： 实验一：加入１ｍｏｌ／Ｌ的氢氧化钠溶液 Ｖ（ＣｕＳＯ ）：Ｖ（ＮａＯＨ）＝２ｍＬ：２ｍＬ＝１：１ 实验现象：出现浅绿色沉淀。 理论分析：６ＮａＯＨ＋４ ＣｕＳＯ 一ｃｕ （ＯＨ） ＳＯ 』 ＋３Ｎａ２ＳＯ４ 产物分析：将浅绿色沉淀加热，逐渐蒸干出现 苹果绿色固体（碱式硫酸铜为苹果绿色），继而开 始出现黑色与白色固体混合物，此时停止加热，放 置片刻，白色固体稍显蓝色。 ①冷却后取出部分固体，向其中加入少量水， 所得溶液呈现蓝色，剩余黑色物质不溶解。 实验解释：Ｃｕ４（ＯＨ）６ ＳＯ４ ＣｕＳＯ ＋３ＣｕＯ ＋３Ｈ２０ ②其余固体继续加热，固体全部转为为黑色。 若保持硫酸铜溶液为２ｍＬ而取氢氧化钠溶 液的体积小于２ｍＬ，现象与上述相同。 实验结论：ｎ（ＣｕＳＯ ）：ｎ（ＮａＯＨ）≥１：１时，反 应产物为苹果绿色沉淀，为碱式硫酸铜。 实验二：加入１ｍｏｌ／Ｌ的氢氧化钠溶液 Ｖ（ＣｕＳＯ４）：Ｖ（ＮａＯＨ）＝２ｍＬ：４ｍＬ＝１：２ 实验现象：出现蓝色絮状沉淀。 理论分析：２ＮａＯＨ＋ＣｕＳＯ４一ｃｕ（ＯＨ）２ ＋ Ｎａ２ＳＯ４ 产物分析：加热蓝色沉淀，沉淀很快转为 黑色。 实验解释：Ｃｕ（ＯＨ） 一ＣｕＯ＋Ｈ ０ 实验结论：１：２≤ｎ（ＣｕＳＯ ）：ｎ（ＮａＯＨ）≤１：１ 时，反应产物为蓝色絮状沉淀氢氧化铜。 实验三：滴加１ｍｏｌ／Ｌ的氢氧化钠溶液 ①Ｖ（ＣｕＳＯ ）：Ｖ（ＮａＯＨ）＝１ ｍＬ：４ｍＬ ②继续滴加氢氧化钠溶液。 即Ｖ（ＣｕＳＯ ）：Ｖ（ＮａＯＨ）≤１：４ 实验现象：先出现浅绿色沉淀，再转化为蓝色 沉淀，继续滴加沉淀基本不溶解。 理论分析：２ＮａＯＨ＋ＣｕＳＯ 一ｃｕ（ＯＨ）， ＋ Ｎａ２ＳＯ４ 实验结论：ｎ（ＣｕＳＯ ）：ｎ（ＮａＯＨ）≤１：４时，最 终产物仍为氢氧化铜，且该氢氧化铜沉淀不易溶 于稀碱。 实验四：滴加６ｍｏｌ／Ｌ的氢氧化钠溶液 ①Ｖ（ＣｕＳＯ ）：Ｖ（ＮａＯＨ）＝１ｍＬ：４ｍＬ＝１：４ 实验现象：先出现浅绿色沉淀，再转化为蓝色 沉淀，随着氢氧化钠溶液的体积增大，看不到明显 的溶解现象。 ②继续滴加氢氧化钠溶液。 实验现象：蓝色沉淀开始溶解，出现深蓝色 （蔚蓝色）溶液。 理论分析：４ＮａＯＨ＋ＣｕＳＯ４一Ｎａ２Ｃｕ（ＯＨ）４ ＋Ｎａ２ＳＯ４ 实验结论：ｎ（ＣｕＳＯ ）：ｎ（ＮａＯＨ浓）＜１：４ 时，反应主要产物为四羟基铜酸钠，即氢氧化铜沉 淀易溶于浓、强碱中生成络合物。 异常现象：实验四中若未将蓝色沉淀完全溶 解，放置几分钟后蓝色沉淀开始转化为黑色，蓝色 溶液不发生变化。 推测：氢氧化铜沉淀在强碱性条件下很容易 分解为氧化铜和水。 ・２８・ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．６，２０１３ ２生成物性质讨论分析 （１）氢氧化铜［ｃｕ（ＯＨ） ］ 蓝色或蓝绿色凝胶或淡蓝色结晶粉末，常温 下不溶于水，高温下微溶于水，微显两性，溶于酸、 氨水，易溶于碱性甘油溶液中，受热至６０—８０￣Ｃ 变暗，温度再高分解为黑色氧化铜和水。 （２）碱式硫酸铜［ｃｕ （ＯＨ） ＳＯ ］ 绿色单斜晶体，在水中溶解度极小，能溶于稀 酸和氨水。受热可分解（生成硫酸铜和氢氧化 铜），但受热时间比氢氧化钠分解的时间还要长， 生成蓝色与黑色并存浊液［Ｃｕ （ＯＨ） ＳＯ ＝ ＣｕＳＯ４＋３Ｃｕ（ＯＨ）２，Ｃｕ（ＯＨ）２＝ＣｕＯ＋Ｈ２０］。 （３）四羟基铜酸钠［Ｎａ Ｃｕ（ＯＨ） ］ 为蓝色溶液。氢氧化铜微显两性，可与氢氧化 钠继续反应，Ｃｕ（ＯＨ）： ＋２ＮａＯＨ＝Ｎａ ［Ｃｕ（ＯＨ） ］， 并存在以下转化Ｎａ ［ｃｕ（ＯＨ） ］：Ｎａ２ＣｕＯ ＋ ２Ｈ２０，Ｎａ２ＣｕＯ，＝Ｎａ２０＋ＣｕＯ的情况。 ． （收稿日期：２０１２．１２．１２）
一种演示带电粒子在电磁场中运动规律 的实验装置 口 陈晓莉 ，史文奎 ，刘 霜 １．西南大学物理科学与技术学院４００７１５；２．甘肃省兰Ｊ，ｒ、ｉ市民族中学 ７３００２０； ３．重庆市南川中学校４０８４００ 带电粒子是微观粒子，它的运动情况很难用 肉眼能观察到的实验来进行直观形象展示。为了 让学生直观感受到洛伦兹力的真实存在，有的教 师设计了模拟演示实验¨ ，有的教师进行了此类 实验装置的研制 。这些演示仪各有优缺点。 如文献 介绍的洛伦兹力宏观演示仪，用门型框 的转动来反映硫酸铜溶液中微观粒子的运动情 况。但门型框及其支架的制作比较麻烦，实验用 到的硫酸铜溶液也不方便取材，所以推广起来比 较困难。厂家生产的仪器主要有两种。一种是采 用阴极射线管制成的洛伦兹力演示仪 ，通过观 察电子束打到荧光屏上的径迹来体会电子的运动 情况。这种演示仪不但价格比较贵，还要在较暗 的环境下观察，位置远点或偏点也观察不清楚，并 且学生通常会疑问阴极射线管里的是不是电子 束，这样对于洛伦兹力的演示效果及知识分析都 不十分理想。另一种洛伦兹力演示器（如图１所 示）经济直观些，但也有很大的局限性：第一，产 生磁场的线圈是密闭起来的，无法知道其绕线方 向，也就无法根据电流方向判断其产生磁场的方 向，也就不能根据磁场方向以及电荷的速度方向 来得出洛伦兹力的方向。即从现象只能说明受到 了洛伦兹力，不能说明左手定则的正确性或者不 图１ 厂家生产洛伦兹力演示装置 能用来探究洛伦兹力方向与磁场方向、速度方向 之间的关系。第二，只能使用直流电源，不能使用 交流电。第三，使用硫酸铜溶液，取材不太方便。 因此急需一种能更直观演示或探究洛仑兹力的实 验装置。我们经过反复思考，研制了一种制作简 单、能克服上述缺陷的带电粒子在电磁场中运动 规律实验装置，如图２所示。
图２自制实验装置 圈
１ 装置制作 （１）主要制作材料 ２４０ｍｍ×２４０ｍｍ的木板１块、２４０ｍｍ×
《教学仪器与实验》第２９卷２０１３年第６期 ・ ２９ ・ ～
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