關(guān)于金屬鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的思考

顏標(biāo)峰

摘要：金屬鈉與硫酸銅溶液的反應(yīng)是承接初中化學(xué)金屬通性研究思路與高中化學(xué)典型金屬性質(zhì)研究思路的有效例證。在課堂中引入金屬鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，分析其反應(yīng)原理，有利于學(xué)生體驗(yàn)從已知到未知的學(xué)習(xí)過程。

關(guān)鍵詞：金屬鈉；硫酸銅溶液；實(shí)驗(yàn)；反應(yīng)原理；改進(jìn)

文章編號：1008-0546（2017）08-0084-01 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.08.028

高中元素化合物的學(xué)習(xí)從金屬鈉開始，鈉對學(xué)生來說既熟悉又陌生。熟悉的是鈉元素，氯化鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉等物質(zhì)中都有鈉元素，陌生的是鈉單質(zhì)。鈉單質(zhì)在日常生活中鮮有出現(xiàn)，學(xué)生對其性質(zhì)知之甚少。

初中教材中，出現(xiàn)金屬鈉的地方有兩處：其一是在“原子的結(jié)構(gòu)”一節(jié)中，以金屬鈉與氯氣的反應(yīng)為例，介紹離子的形成；其二是金屬活動(dòng)性順序表，金屬鈉作為活潑金屬的代表出現(xiàn)在順序表中。此外，學(xué)生通過初中化學(xué)的學(xué)習(xí)，已掌握金屬性質(zhì)研究的一般思路與方法，即金屬與氧氣的反應(yīng)、金屬與酸的反應(yīng)和金屬與鹽溶液的反應(yīng)。這些知識和方法的基礎(chǔ)為金屬鈉的學(xué)習(xí)提供了研究起點(diǎn)。

然而，高中教材中，金屬鈉的內(nèi)容編排思路并未高度契合學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)。研究鈉與氧氣的反應(yīng)后，教材中研究的是鈉與水的反應(yīng)。教材中設(shè)計(jì)鈉與水的反應(yīng)，“在燒杯中加一些水，滴入幾滴酚酞溶液，然后把一小塊綠豆大的鈉放入水中?！睂?shí)驗(yàn)本身不難，但此實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)令人費(fèi)解：其一，金屬鈉與水的反應(yīng)與學(xué)生已有的研究金屬性質(zhì)的一般思路有異，學(xué)生不清楚為什么要研究鈉與水的反應(yīng)；其二，金屬鈉與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，為什么會(huì)事先滴入酚酞，這樣的設(shè)計(jì)有沒有道理？基于這樣的思考，筆者嘗試引入金屬鈉與硫酸銅溶液的反應(yīng)，以此為切入口，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注鈉的特殊性質(zhì)。

一、金屬鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的功能

金屬鈉與氧氣可以反應(yīng)，反應(yīng)條件不同，產(chǎn)物也不同；作為金屬單質(zhì)，與鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)也是一個(gè)重要的性質(zhì)，如果將鈉加入硫酸銅溶液中，會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象呢？學(xué)生預(yù)測現(xiàn)象后，教師演示鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)的實(shí)際現(xiàn)象與學(xué)生預(yù)測的現(xiàn)象不同，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注差異：溶液中并未產(chǎn)生紅色固體，而是生成藍(lán)色絮狀沉淀。藍(lán)色絮狀沉淀，學(xué)生非常熟悉，即為氫氧化銅。此時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考，銅離子來自何處？氫氧根離子來自何處？學(xué)生很快注意到，銅離子由硫酸銅提供，氫氧根離子是新生成的。氫氧根離子可能是如何產(chǎn)生的？引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注元素種類，學(xué)生猜想是金屬鈉與水反應(yīng)生成的。如何證明金屬鈉與水反應(yīng)會(huì)生成堿性物質(zhì)？此時(shí)，教材上金屬鈉與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)以解決問題的形式得以呈現(xiàn)，流暢自然，實(shí)驗(yàn)承載的功能也發(fā)揮得更為充分。

二、金屬鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的操作

金屬鈉與硫酸銅溶液的實(shí)驗(yàn)在操作時(shí)，硫酸銅溶液宜稀不宜濃。金屬鈉加入稀硫酸銅溶液中，隨著金屬鈉的游動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生一條一條藍(lán)色的紋路，隨即可以觀察到藍(lán)色絮狀沉淀逐漸下沉的現(xiàn)象；如果金屬鈉加入濃硫酸銅溶液中，金屬鈉在游動(dòng)過程中會(huì)形成一個(gè)火球，劇烈燃燒，并伴隨產(chǎn)生部分黑色固體。原來，金屬鈉投入濃硫酸銅溶液中，由于銅離子濃度大，金屬鈉游動(dòng)時(shí)，在溶液表面形成一層沉淀膜，使鈉的移動(dòng)速度變小，表面聚集的熱量無法釋放，從而達(dá)到鈉的著火點(diǎn)。另外，部分氫氧化銅在鈉燃燒釋放的熱量作用下發(fā)生分解，產(chǎn)生黑色的氧化銅，影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。

金屬鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)，切取的鈉塊以綠豆大小為宜。鈉塊過小，現(xiàn)象不明顯；鈉塊過大，一方面反應(yīng)劇烈，不便于控制，另一方面，放出的大量熱量會(huì)引起氫氧化銅的分解。

三、金屬鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)原理的解釋

金屬鈉與硫酸銅溶液的反應(yīng)，不是金屬鈉置換硫酸銅中銅離子的反應(yīng)，而是金屬鈉置換水中氫離子的反應(yīng)。這在學(xué)生的認(rèn)知中，并不合理。按照金屬活動(dòng)性順序分析，銅的還原性比氫的還原性弱，因此，銅離子的氧化性比氫離子的氧化性強(qiáng)。通過氧化還原反應(yīng)的先后律判斷，金屬鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)時(shí)，應(yīng)該先與銅離子反應(yīng)，為何結(jié)果并非如此？

引導(dǎo)學(xué)生查閱講解離子反應(yīng)時(shí)，教材中的一張圖片：氯化鈉在水中的溶解和電離示意圖。學(xué)生閱讀圖示后，恍然大悟，原來離子在水溶液中主要以水合離子的形式存在，銅離子表面有聚集的水分子，金屬鈉先與其發(fā)生作用。

四、金屬鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

金屬鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)時(shí)，先與銅離子表面聚集的水分子作用，如果將表面的水分子完全消耗，金屬鈉是否能與銅離子作用？

依照此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，筆者將金屬鈉制成片狀，在其表面滴加一滴硫酸銅溶液，觀察到金屬鈉表面有少量紅色固體產(chǎn)生。

此外，如果將銅鹽溶于一種不與金屬鈉反應(yīng)的溶劑中，也能實(shí)現(xiàn)金屬鈉置換銅的可能。例如將溴化銅的丙酮溶液滴加在鈉片上，可觀察到紅色固體的生成。

在開發(fā)金屬鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的過程中，筆者有兩點(diǎn)很深刻的感受：第一，教學(xué)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)要講道理，不能將內(nèi)容散點(diǎn)狀地灌輸給學(xué)生，而是讓學(xué)生從已知走向未知，逐漸構(gòu)建科學(xué)認(rèn)識的體系。就像教材中金屬鈉與水的反應(yīng)，不是在學(xué)生已有體系中生長出來的，當(dāng)面臨這種問題時(shí)，教師可以嘗試建構(gòu)更緊密的知識連接；第二，教材資源豐富，可供選擇和使用的素材很多，例如氯化鈉的溶解和電離示意圖，能很好地幫助學(xué)生理解金屬鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)時(shí)，先與水作用的反應(yīng)事實(shí)。

參考文獻(xiàn)

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