金属钠与硫酸铜的反应.doc

“金属钠与硫酸铜的反应”探究实验一、实验起因在高二第一堂化学课上，老师带着我们复习高一的旧内容。当老师问到：“金属钠能否从硫酸铜溶液中置换出铜单质？”同学们在底下炸了锅。这不明摆着的：钠根本不与硫酸铜反应，只是与水发生剧烈反映生成氢氧化钠和氢气。“在金属活动性顺序表中：‘钾、钙、钠、镁、铝、锌、铁、锡、铅、氢、铜、汞、银、铂、金。’钠排在铜前面，可为什么钠置不出铜？”老师的再次发问使我们安静了下来。这个实验的结论谁都知道，可究竟是什么原因我们又都说不清楚。我们把目光投向了老师，希望她能帮我们解决疑难。老师继续说道：“其实钠是否能置换出铜，我也不知道。有兴趣的同学，课后我可以带他去做实验，让实验说明一切。”“嗨，老师也不知道……”在同学们的叹气声中，我总觉得老师的话暗示着这个实验能成功。出于兴趣和好奇，我和另外两个同学找老师打算抽时间做实验。老师让我们先查一些资料，设计具体的实验操作，准备好后，再将实验所需仪器、药品，提前告知实验室老师，然后在她的陪同下便可去做实验了。回家后我上网查寻：“硫酸铜”、“钠”、“金属钠”、“化学反应”、“化学实验”……皇天不负苦心人，我眼前一亮：“钠投入硫酸铜溶液时的反应”！将这篇实验报告下载后，我细细阅读起来：“……将大米粒大小的一块钠投入盛有饱和硫酸铜溶液的试管，反应剧烈，钠有跳动，迅速生成一层亮红色的金属铜，包围了钠粒，反应随之停止。这时还出现了少量的黑色沉淀。放置约十五分钟后突然一声尖锐的爆鸣，铜层爆破，溶液溅出试管。……”铜！这几十个字令我有些激动。不过对有些部分我也表示质疑：钠对溶液、水应当很敏感，可它却写着钠投入硫酸铜溶液不全部反应？而且还十五分钟后爆破？岂不成了“定时炸弹”。第二天我将这份网上下载的实验报告带给老师和另两个同学看，他们对此也有同样的看法。我们最后决定就从验证这个实验出发，挖掘问题，展开我们的工作。两周后我们怀着激动的心情走进了实验室。二、实验记录及分析钠与硫酸铜的反应实验时间实验内容实验现象分析2001/9/1816：30—17：30配制不同浓度的硫酸铜溶液。配制五种浓度的硫酸铜溶液各100ml,C1=1.4mol/L（饱和），C2=0.7mol/L,C3=0.47mol/L,C4=0.28mol/L,C5=0.14mol/LI—V，溶液由深蓝色变为浅蓝色。准备工作根据网上下载的实验报告，配制溶液。（1）钠投入装有饱和硫酸铜溶液的试管中。（17：13）取I饱和溶液注入小试管，加入大米粒大小的金属钠，“嘶”的一声，钠块浮在硫酸铜溶液上，在与硫酸铜溶液接触的一面有暗色物质包裹在钠上，在另一面，钠仍呈现银白色，具有金属光泽。（17：20）7分钟后，暗色物质增多，且有些深蓝色絮状物从暗色物质上延伸出。（17：30）17分钟后，无明显现象，轻微振荡试管，钠剧烈反应，有大量黑色物质生成，有白雾浮于溶液上，10分钟后白雾消失。向试管中滴加少量硫酸（1mol/L），振荡试管，黑色物质溶解，溶液澄清。钠与硫酸铜溶液接触部分生成的暗色物质中断了钠与溶液中水的反应。由于透过蓝色硫酸铜溶液观察，所以无法确定暗色物质的具体颜色。深蓝色絮状物质应当为Cu(OH)2沉淀。钠与水剧烈反应放热，将钠置换出的铜氧化成黑色的氧化铜，或使氢氧化铜受热分解成氧化铜和水。氧化铜溶解于稀硫酸。溶液澄清，说明没有铜生成。2001/9/1916：50—17：30（2）钠投入装有饱和硫酸铜溶液的试管中。（16：58）取I饱和溶液注入小试管，加入稍大一点的金属钠，“嘶”的一声，钠块浮在硫酸铜溶液上，在与硫酸铜溶液接触的一面有暗色物质包裹在钠上，在另一面，钠仍呈现银白色，具有金属光泽。（17：02）4分钟后，暗黑色物质旁有少量气泡产生。（17：03）5分钟后，钠忽然剧烈反应，如同一次小爆炸，试管壁大面积被溅上黑色、蓝色物质。实验无进展。气体应是钠与水反应生成的氢气。黑色物质为氧化铜，蓝色物质为硫酸铜（晶体）。（3）钠投入装有饱和硫酸铜和饱和氯化钠的混合溶液的试管中。钠投入草绿色的混合溶液中，剧烈反应，生成黑色物质。钠直接与水反应生成氧化铜。四氯合铜离子要比四水合铜离子更稳定，钠更难置换出铜离子。（4）钠投入装有饱和硫酸铜溶液的试管中。钠顺着试管壁缓慢下滑，当滑至硫酸铜液面时，“嘶”一声钠贴在试管壁上与溶液剧烈反应，紧接着，试管1/6以下处齐口断裂，掉在实验桌上。在试管上半部破碎边缘，有直径约为0.5cm的大半圆暗红色物质贴于试管内壁。迅速将其泡于硫酸（1mol/L）中,该物质不溶。不久，暗红色物质边缘变黑，随即溶解。约20分钟后，暗红色物质全部变黑溶解。这是由于将钠从煤油中取出后没有擦拭干净，致使钠没有直接掉入溶液中，而是顺着试管壁断断续续下滑。当钠块滑至液面处时，与滞留在试管壁上的硫酸铜浓溶液反应（可看作是CuSO4·5