化學(xué)新教材為何棄用研磨硫酸銅晶體實驗

2024年9月，義務(wù)教育化學(xué)學(xué)科啟用了新教材。與之前的版本相比，人教版新教材有了較大變化。比如，第一單元就沒有再采用研磨硫酸銅晶體的實驗。那么，為什么要換掉原來的實驗?zāi)?？這里面有沒有一些科學(xué)解釋？這就要從我們對硫酸銅的理解說起了。

新舊教材的變化

硫酸銅（CuSO4）是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的無機化合物，常見的存在形式為五水合硫酸銅（CuSO4·5H2O），為藍色晶體，俗稱藍礬或膽礬。它在干燥條件下會失去結(jié)晶水，變?yōu)榘咨蚧野咨勰畹臒o水硫酸銅。我們通?？梢酝ㄟ^濃硫酸和銅的反應(yīng)來制得硫酸銅，也可以通過處理含銅礦石與硫酸的混合物來獲得。

舊教材是這樣描述研磨硫酸銅晶體實驗的：“取少量硫酸銅晶體（俗稱膽礬或藍礬）放在研缽內(nèi)，用研杵把膽礬研碎。觀察并記錄膽礬發(fā)生的變化。”新教材則把這一實驗換成了石蠟的熔化實驗。

舊教材本意是演示塊狀的硫酸銅晶體被研磨后變成粉末狀，以此說明發(fā)生了物理變化。但是，在研磨時，很多師生會注意到一個現(xiàn)象：藍色晶體的顏色發(fā)生了改變，有白色物質(zhì)生成了。這還是物理變化嗎？我們可以根據(jù)硫酸銅晶體的性質(zhì)，分析一下研磨硫酸銅晶體的現(xiàn)象及其背后的科學(xué)原理。

研磨硫酸銅時到底發(fā)生了什么

研磨硫酸銅晶體的第一個現(xiàn)象是顏色的改變。原本深藍色的硫酸銅晶體，在研磨過程中逐漸變淺，有時候甚至?xí)耆優(yōu)榘咨?。要理解這一過程中的顏色變化，就需要先理解硫酸銅晶體為什么是藍色的。其實，銅離子本身是無色的，但是在硫酸銅晶體中或者在水溶液中，銅離子就會與水分子形成水合物，水合物中的銅離子吸收特定波長的光線后，成了我們看到的藍色。無水硫酸銅中的銅離子與水合物中的銅離子吸收的波長有所區(qū)別，導(dǎo)致了顏色上的區(qū)別。在研磨過程中，水合物被磨去，就形成了無水硫酸銅，呈現(xiàn)白色。這一現(xiàn)象可以通過光譜分析等方法予以證實。

研磨硫酸銅晶體的第二個現(xiàn)象是晶體形態(tài)的改變。原本呈現(xiàn)六面體結(jié)構(gòu)的硫酸銅晶體，在研磨過程中逐漸變得不規(guī)則，甚至變成粉末狀。這是因為在研磨過程中，硫酸銅晶體的晶格結(jié)構(gòu)受到破壞，晶體之間的鍵斷裂，導(dǎo)致晶體形態(tài)發(fā)生變化。這一現(xiàn)象在顯微鏡下可以清晰地觀察到。

由此可知，研磨硫酸銅晶體的過程中，除了發(fā)生物理變化，還發(fā)生了化學(xué)變化。所以，新教材對此實驗進行替換是正確的。替換為石蠟的熔化實驗后，對這一變化的理解就沒有歧義，更加科學(xué)了。

硫酸銅的另一種身份

在九年級化學(xué)學(xué)習(xí)過程中，硫酸銅算是一個經(jīng)常會遇到的“老面孔”，比如第八單元中提到的波爾多液。硫酸銅和波爾多液怎么扯上關(guān)系了呢？這又是一個化學(xué)家發(fā)現(xiàn)新藥的故事。

法國的波爾多盛產(chǎn)葡萄，波爾多葡萄酒馳名天下。但在1878年，名為“霜霉病”的植物病害狂掃波爾多，許多葡萄園中的葡萄藤都變得枝葉凋零。園主們心急如焚，卻無計可施。

細(xì)心的大學(xué)植物學(xué)教授米亞爾代卻發(fā)現(xiàn)了怪事，公路旁的葡萄藤郁郁蔥蔥，絲毫未受到霜霉病的傷害。經(jīng)過觀察，米亞爾代發(fā)現(xiàn)這些葡萄藤從葉到莖都灑了一些藍白相間的東西。經(jīng)打聽，才知是園主為防饞嘴的過路人偷吃而灑的“毒藥”，其由熟石灰與硫酸銅溶液混合配制而成，目的是使葡萄變藍、變苦。于是，米亞爾代在杜扎克酒莊進行了試驗，發(fā)現(xiàn)這的確是對付霜霉病的好農(nóng)藥，并在1885年將他的發(fā)現(xiàn)公之于眾。從此，這種以“波爾多液”命名的農(nóng)藥流傳于世。

著名散文家汪曾祺在《果園雜記》《葡萄月令》中也提到波爾多液，尤其是在《果園雜記》中，他講了波爾多液的另外一個傳奇故事，同學(xué)們可以去搜索一下。

硫酸銅還有很多其他用途。比如，我們可以發(fā)揮其作為殺菌劑和藻類控制劑的功能，在游泳池和飲用水處理系統(tǒng)中適量添加，可以有效抑制藻類的生長，減少水體中的細(xì)菌和病毒含量，提升水質(zhì)的清潔度和安全性。當(dāng)然，它的使用需要精確控制濃度，以免對人體健康造成潛在風(fēng)險。

另外，在科研領(lǐng)域，硫酸銅常作為分析化學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，用于定量分析中的比較和測量。在醫(yī)藥和生物學(xué)領(lǐng)域、工藝和美術(shù)領(lǐng)域中，硫酸銅也有很多用途。

（責(zé)任編輯：白玉磊）