淺析葡萄糖與氫氧化銅反應(yīng)的變化現(xiàn)象

劉巨英

在葡萄糖與氫氧化銅反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，看到了濁液的系列復(fù)雜的顏色變化現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)認(rèn)真實(shí)驗(yàn)分析，這種顏色變化并不僅僅是緣于反應(yīng)過(guò)程中存在不同顏色物質(zhì)[Cu（OH）2、CuOH、Cu2O等]間的轉(zhuǎn)化，或由不同晶粒大小各異的Cu2O引起的，更是濁液中的固體部分本身的色澤與溶液的顏色共同復(fù)合作用的結(jié)果。

葡萄糖氫氧化銅濁液顏色變化堿性環(huán)境在現(xiàn)行化學(xué)教材中，葡萄糖與新制氫氧化銅反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，常被用來(lái)引導(dǎo)學(xué)生判斷葡萄糖分子中具有醛基的結(jié)構(gòu)，是一種醛糖。其中，在教材設(shè)置的具體實(shí)驗(yàn)方案為：“在潔凈的試管中加2ml、10%的氫氧化鈉溶液，滴加4～5滴5%硫酸銅溶液，得到含氫氧化鈉的氫氧化銅懸濁液。加入2ml、10%的葡萄糖溶液，加熱，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?！蔽覀?cè)趯?shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，葡萄糖與新制Cu（OH）2混合得到的深藍(lán)色溶液，用酒精燈微熱時(shí)生成綠色濁液，繼續(xù)加熱時(shí)綠色渾濁會(huì)漸變?yōu)辄S色，導(dǎo)致沸騰時(shí)又出現(xiàn)轉(zhuǎn)紅色，甚至暗紅色。

針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的豐富的顏色變化，有人認(rèn)為是反應(yīng)中的物質(zhì)轉(zhuǎn)變“Cu（OH）2—CuOH—Cu2O”引起的，也有作者認(rèn)為：“加熱出現(xiàn)的黃色、橙紅色直至暗紅色，均為不同晶粒的Cu2O”導(dǎo)致。關(guān)于葡萄糖與新制氫氧化銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)及其變化現(xiàn)象，筆者下面擬想再補(bǔ)充幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

一、混合不同用量比CuSO4和NaOH及相關(guān)實(shí)驗(yàn)

因兩種試劑相對(duì)用量不同，硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液混合時(shí)大致分為四種情況，混合后得到相應(yīng)混合液分別與葡萄糖溶液反應(yīng)時(shí)的現(xiàn)象也不盡相同。

1.當(dāng)硫酸銅溶液過(guò)量時(shí)，一般生成難溶于水的淡黃綠色的堿式硫酸銅沉淀。該沉淀本身具有很好的熱穩(wěn)定性，加入葡萄糖溶液后煮沸也不會(huì)明顯的變化。

2.當(dāng)氫氧化鈉的用量適當(dāng)過(guò)量時(shí)，主要生成天藍(lán)色的氫氧化銅沉淀，并有部分溶解生成深藍(lán)色的[Cu（OH）4]2-。向該渾濁液中加入葡萄糖溶液并加熱，有明顯的藍(lán)、綠、黃等顏色的轉(zhuǎn)變過(guò)程，并最終出現(xiàn)磚紅色沉淀。

3.當(dāng)氫氧化鈉的濃度很大（10mol/L以上）且大大過(guò)量時(shí)，把生成的氫氧化銅沉淀幾乎全部溶解轉(zhuǎn)換為深藍(lán)色的[Cu（OH）4]2-溶液。[Cu（OH）4]2-的氧化能力較氫氧化銅要強(qiáng)得多。加熱該溶液并不會(huì)有因?yàn)榉纸舛兒诘默F(xiàn)象出現(xiàn)，但若混合葡萄糖溶液則會(huì)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樽丶t色渾濁液，一般看不到以上豐富的顏色變化。

4.當(dāng)氫氧化鈉與硫酸銅用量的物質(zhì)的量恰好為2︰1時(shí)，生成天藍(lán)色的氫氧化銅沉淀，氫氧化銅沉淀極易分解，室溫下即可緩慢生成黑色的CuO。至于氫氧化銅的中性濁液與葡萄糖混合的反應(yīng)，筆者補(bǔ)充探究實(shí)驗(yàn)1。實(shí)驗(yàn)表明，中性氫氧化銅濁液與葡萄糖混合加熱時(shí)，有明顯的發(fā)生反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但不能形成黃色或磚紅色沉淀。

實(shí)驗(yàn)1：在小燒杯中加入等體積的0.1mol/LCuSO4溶液和0.2mol/LNaOH溶液，混合并攪拌使之充分反應(yīng)。然后加入適量的蒸餾水洗滌沉淀，用玻璃棒攪拌后靜置，用傾析法倒去上層清液，重復(fù)上述操作至清液呈中性。取少量上述中性氫氧化銅濁液，加入葡萄糖后加熱，濁液出現(xiàn)明顯的黃綠色，繼續(xù)加熱至沸騰，顏色不再改變。

二、堿性是葡萄糖與氫氧化銅反應(yīng)必須強(qiáng)調(diào)的實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)表明，在氫氧化鈉不足時(shí)制備得到的濁液（含難溶的堿式硫酸銅），加熱時(shí)并不與葡萄糖反應(yīng)；中性的氫氧化銅濁液雖能與葡萄糖反應(yīng)，但氧化能力較弱，在日常教學(xué)中若單純使用氫氧化銅進(jìn)行醛基的檢驗(yàn)，明顯是不合實(shí)際的；在堿性條件時(shí)，含[Cu（OH）4]2-的氫氧化銅濁液與葡萄糖反應(yīng)時(shí)很靈敏，而且同等條件下，堿性欲強(qiáng)，即[Cu（OH）4]2-含量越多時(shí)，生成沉淀的速度越快，顏色相對(duì)越深。

實(shí)驗(yàn)2：在試管中加3mL10%的氫氧化鈉溶液，滴加約半滴管5%的CuSO4溶液振蕩。用酒精燈加熱使天藍(lán)色的絮狀沉淀完全轉(zhuǎn)化為黑色的CuO。用A、B兩個(gè)試管各取少量上述黑色濁液，并將其中A試管中的CuO預(yù)先用蒸餾水洗至濁液呈中性，然后向兩試管中各加入1mL10%的葡萄糖溶液，振蕩并加熱。試管A中無(wú)明顯變化，試管B中濁液變成淺綠色——黃綠色——黃色，最后成磚紅色濁液，試管底部有少量磚紅色物質(zhì)。

可見(jiàn)，即使是Cu（OH）2分解得到的CuO，只要在堿性條件下也是能氧化葡萄糖的。實(shí)際上，只要能夠提供足夠的[Cu（OH）4]2-，無(wú)論是Cu（OH）2，還是CuO、堿式硫酸銅等，氧化葡萄糖的現(xiàn)象就能發(fā)生，而過(guò)量堿的作用就是溶解氫氧化銅，以生成氧化性更強(qiáng)的[Cu（OH）4]2-，同時(shí)也能中和氧化產(chǎn)物（如葡萄糖酸等）的酸性。所以，溶液的堿性是保證葡萄糖與氫氧化銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)獲得成功必須強(qiáng)調(diào)的條件，而并不需要苛求氫氧化銅是否是“新制的”。

三、加熱不同酸堿性條件下的葡萄糖溶液的變色情況

有研究表明，葡萄糖分子在一定條件下易發(fā)生差向異構(gòu)化，轉(zhuǎn)變?yōu)殒溞谓Y(jié)構(gòu)烯醇化的烯二醇中間體，然后生成甘露糖、果糖等物質(zhì)，部分還會(huì)繼續(xù)脫水形成5-羥甲基糠醛，是一種暗黃色針狀晶體。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，葡萄糖溶液變色程度與5-羥甲基糠醛的形成是平行的。對(duì)此，有學(xué)者認(rèn)為5-羥甲基糠醛會(huì)繼續(xù)分解為乙酰丙酸和甲酸或發(fā)生聚合，而5-羥甲基糠醛的聚合物為一種樹脂狀的有色物質(zhì)，從而導(dǎo)致葡萄糖溶液的變色。

實(shí)驗(yàn)3：用小試管去4mL10%的葡萄糖溶液，然后加入2mL10%的氫氧化鈉溶液，室溫下約5分鐘后原無(wú)色溶液即出現(xiàn)明顯的淡黃色，并逐漸加深為黃色、棕色；若用酒精燈微熱，溶液顏色迅速加深為黃色、棕色、棕紅色，充分加熱時(shí)甚至是棕褐色。

實(shí)驗(yàn)4：用小試管取4mL10%的葡萄糖溶液，然后加入2mL蒸餾水，若塞上橡膠塞后在室溫下放置，葡萄糖溶液短時(shí)間內(nèi)無(wú)明顯變化，直至一個(gè)月后才略顯極淡的黃色；若用酒精燈加熱，也未見(jiàn)變色現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)5：用小試管取4mL10%的葡萄糖溶液，然后加入2mL稀硫酸，用酒精燈加熱，溶液未變色；塞上橡膠塞后，在室溫下放置2個(gè)月也仍無(wú)明顯變化。

由實(shí)驗(yàn)3～實(shí)驗(yàn)5的現(xiàn)象說(shuō)明，葡萄糖的變色速率與溶液的酸堿性有著緊密的聯(lián)系。如果溶液的PH越大，變色就越快越顯著，特別在堿性范圍內(nèi)，葡萄糖溶液在很短時(shí)間內(nèi)即會(huì)變色。

教材中葡萄糖與新制氫氧化銅濁液反應(yīng)變色現(xiàn)象的分析，我們不難得出這樣的認(rèn)識(shí)：（1）氫氧化鈉溶液過(guò)量，混合液實(shí)際上是強(qiáng)堿性環(huán)境；（2）制備的氫氧化銅濁液不足以完全氧化葡萄糖，即反應(yīng)體系中葡萄糖溶液過(guò)量?；谏鲜鰧?shí)驗(yàn)的環(huán)境來(lái)解釋反應(yīng)體系中的顏色轉(zhuǎn)變時(shí)，也有必要關(guān)注到加熱時(shí)葡萄糖溶液自身發(fā)生的一些變化，而這一點(diǎn)是常被我們所忽略的。

綜上所述，我們?cè)谄咸烟桥c氫氧化銅反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中看到的濁液的系列復(fù)雜的顏色變化，并不僅僅是緣于反應(yīng)過(guò)程中存在不同顏色物質(zhì)[Cu（OH）2、CuOH、Cu2O等]間的轉(zhuǎn)化，抑或由不同晶粒大小各異的Cu2O引起的，更是濁液中的固體部分本身的色澤與溶液的顏色共同復(fù)合作用的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

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