鈉能從硫酸銅中置換出銅單質(zhì)嗎？

王胤琪

（通山縣黃沙鋪鎮(zhèn)中學(xué)湖北咸寧437652）

鈉能從硫酸銅中置換出銅單質(zhì)嗎？

王胤琪

（通山縣黃沙鋪鎮(zhèn)中學(xué)湖北咸寧437652）

相信看到這個(gè)問題大家都能給出一個(gè)否定的回答，在初中化學(xué)的金屬活動(dòng)性順序中前三位的金屬都不能將位于其后的不活潑金屬?gòu)乃鼈兊乃芤褐兄脫Q出來。同理，鈉與任何一種鹽的水溶液反應(yīng)，都不能置換出金屬元素，因?yàn)殁c首先與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫氣，若氫氧化鈉能與鹽中的金屬離子反應(yīng)生成難溶于水的氫氧化物，則可使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，而使得最終的反應(yīng)產(chǎn)物是難溶性氫氧化物，鈉鹽及氫氣，否則只能是鈉和水反應(yīng)。

一、現(xiàn)象引發(fā)的問題

在做Na與CuSO4溶液的反應(yīng)時(shí)，原本溶液中應(yīng)出現(xiàn)藍(lán)色絮狀沉淀，但卻在藍(lán)色的沉淀中夾雜了部分棕黑色的物質(zhì)，棕黑色物質(zhì)的出現(xiàn)說明該反應(yīng)并沒有按著我們預(yù)期的原理進(jìn)行，副反應(yīng)的發(fā)生導(dǎo)致異?，F(xiàn)象的出現(xiàn)。實(shí)際上人們普遍忽視了因?yàn)榉磻?yīng)條件的不同給這個(gè)反應(yīng)帶來的復(fù)雜性。筆者曾代表通山縣參加于2009年10月在武漢舉行的湖北省首屆“萬(wàn)高達(dá)杯”中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能創(chuàng)新大賽，題目即為“鈉能否置換出硫酸銅中的銅”。本文以作者參賽的切身體會(huì)，并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)知識(shí)撰寫而成，個(gè)人的拙著希望能給廣大同仁在教學(xué)上有所幫助。

這次比賽采用探究性試題，改變了傳統(tǒng)的命題模式。參賽者通過對(duì)試題的理解、知識(shí)的運(yùn)用、技巧的變化和多視角的思考，設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)方案，得出不同的結(jié)論，從而多角度考察了參賽教師的知識(shí)視野、應(yīng)變技巧、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作規(guī)范、分析問題與解決問題的能力以及環(huán)保意識(shí)。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路

試劑硫酸銅分為無(wú)水硫酸銅(CuSO4)和五水合硫酸銅(CuSO4·5H2O)兩種，市售的試劑大多為結(jié)晶水合物。五水合硫酸銅中的水以分子的形式結(jié)合于陰、陽(yáng)離子之間，晶體里所含的結(jié)晶水不很穩(wěn)定，加熱時(shí)，容易失去。可以設(shè)計(jì)使得鈉分別與含結(jié)晶水和不含結(jié)晶水的兩種CuSO4在不同的條件下反應(yīng)，CuSO4·5H2O由于含有結(jié)晶水，所以反應(yīng)后的產(chǎn)物與溶液中的相同。

三、實(shí)驗(yàn)操作的過程

1.Na與CuSO4溶液的反應(yīng)

取一粒綠豆大小的Na，除去氧化層并吸干表面的煤油投入CuSO4溶液中，反應(yīng)劇烈放熱，生成的Cu(OH)2受熱分解為黑色CuO：

2Na+CuSO4+2H2O=Na2SO4+Cu(OH)2↓+H2↑；Cu(OH)2

=△CuO+H2O若在新鮮的鈉片上滴加1～2滴濃CuSO4溶液，反應(yīng)非常劇烈，顯著放熱，生成大量棕褐色的固體物質(zhì)，將該物質(zhì)洗滌干凈后加入少量的濃氨水，物質(zhì)會(huì)慢慢全部溶解，溶液會(huì)逐漸呈現(xiàn)出深藍(lán)色，說明其中含有Cu2O。

因此，Na與CuSO4溶液的反應(yīng)，不論溶液是濃還是稀，都不能置換出銅。

2.Na與無(wú)水CuSO4的反應(yīng)

(1)室溫條件下的反應(yīng)

取綠豆大小的鈉經(jīng)表面處理后立即放入無(wú)水CuSO4粉末里，使粉末將鈉均勻包裹住，防止空氣中的氧將鈉氧化。室溫下放置一段時(shí)間后，兩物質(zhì)均無(wú)明顯變化。

說明在室溫下Na與無(wú)水CuSO4不能發(fā)生反應(yīng)。

(2)加熱條件下的反應(yīng)

取適當(dāng)大小的鈉，均勻包埋于粉末中置于坩堝里，并將粉末壓實(shí)，防止加熱時(shí)容器里的氧氣將反應(yīng)物和產(chǎn)物氧化。把處理好后的坩堝于酒精燈火焰上加熱，10～20s后坩堝中伴隨著輕微的爆炸聲，突然噴發(fā)出一股黃色的火焰。反應(yīng)結(jié)束后，往坩堝中加入少量水，使未反應(yīng)完的CuSO4粉末溶解，倒出溶液，坩堝可見附著有亮紅色的固體。往里加入少量濃H2SO4，固體無(wú)變化，加熱片刻后亮紅色固體溶解，溶液逐漸變藍(lán)，同時(shí)有刺激性氣味氣體放出，該氣體能使?jié)駶?rùn)的紅色品紅試紙褪色。相關(guān)的化學(xué)方程式：2Na+CuSO4=△Cu+Na2SO4；Cu+2H2SO4(濃)=△CuSO4+SO2↑+H2O。即在加熱條件下，使用干燥的無(wú)水CuSO4粉末，能夠被置換出銅單質(zhì)。實(shí)驗(yàn)時(shí)鈉的用量一定要控制好，否則會(huì)發(fā)生劇烈爆炸，其次要避免氧氣將反應(yīng)物和產(chǎn)物氧化變質(zhì)。

四、探究過程的反思

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是最富有創(chuàng)造性的教學(xué)過程和學(xué)習(xí)活動(dòng)，科學(xué)探究是實(shí)驗(yàn)的核心，反應(yīng)條件是化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的關(guān)鍵因素，針對(duì)不同的條件可以設(shè)計(jì)出不同的探究方案，問題是開放式的，分析的思路更是可以有多種。當(dāng)然，這也揭示了化學(xué)變化的無(wú)窮奧妙。

［1］劉懷樂.中學(xué)化學(xué)教學(xué)思維［M］.重慶：重慶出版集團(tuán)，重慶出版社，2009.3

1008-0546（2010）12-0076-01

G633.8

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10.3969/j.issn.1008-0546.2010.12.043