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与铜有关的反应异常现象释疑

铜在中学化学中是一个常见的过渡金属,有关铜 的实验贯穿于中学化学始终。而有许多教师在教学中 容易忽略,但又是学生关注的异常现象,我们应如何来解释呢?

―、钠与硫酸铜溶液反应

1、异常现象

根据金属活动性顺序表,单质铜的还原性比氢气 弱,所以Cu2+的氧化性应强于H,钠投人硫酸铜溶液 中,按常理应置换出单质铜。而我们看到的钠投人到硫 酸铜溶液中的现象是:钠块很快融化成一个银白色的小球,在液面上四处游动,溶液上层有蓝色的絮状沉淀 生成。说明钠是先与水发生反应生成了氢气和氢氧化钠,氢氧化钠再与Cu2+反应生成氢氧化铜沉淀。

2、释疑

对于钠来说,与水反应放出氢气和与Cu2+反应置换出铜的反应都是热力学上易发生的(看标准电极电 势表即可知,而以何种反应为主则受动力学控制,即 需要看反应速率。实际上是水合铜离子,钠和其接触的机会不多,所以Na会先与水反应置换水中的 氢,另一产物氢氧化钠再与Cu2+反应生成蓝色的絮状 沉淀氢氧化铜。

二、铜离子在水溶液里不一定是蓝色

1.、异常现象

(1) 氯化铜溶液的颜色

铜丝与氣气两者点燃的现象是:剧烈燃烧,产生 大量的棕黄色的烟(CuCl2),将产物溶于水得到蓝绿 色溶液。

(2) 铜片分别与浓、稀硝酸反应产物的颜色

铜片分别与浓、稀硝酸反应,所得两硝酸铜溶液的颜色是不一样的,浓硝酸为绿色,稀硝酸为蓝色。

以上两例都与Cu2+在水溶液中显蓝色的常识相 违背,是什么原因呢?

2、释疑

在CuCl2水溶液中有如下平衡:[Cu(H2O)4]2-+4Cl与铜有关的反应异常现象释疑[ Cu( H2O)4]2++4H2O,水合铜离子[Cu(H2O)4]2-为蓝色,四氯合铜离子[ Cu( H2O)4]2+ 为黄色。根据光学原理我们知道,蓝色和黄色的混合色为绿色,这也就是为什么我们常见的一般 浓氯化铜溶液呈绿色的原因。如果我们向氯化铜溶液中加水,则溶液中氯离子浓度变小,水合铜离子相对 增多,溶液主要呈现水合铜离子的颜色(蓝色)。所以 我们见到的氮化铜稀溶液一般呈蓝色。

同样道理,在硝酸跟铜的反应中,稀硝酸与铜反应 所得的溶液呈蓝色,而浓硝酸与铜反应所得溶液呈绿 色。这是因为,浓硝酸与铜反应时,产物中不仅有蓝色 的水合铜离子[Cu( H2O)4]2+还产生大量的二氧化氮气 体,二氧化氮溶解在溶液中呈黄色,二氧化氮的黄色跟 水合铜离子的蓝色混合就出现了我们看到的绿色。

三、铜与浓硫酸反应

1、异常现象

在试管中加人一块铜片,注入少量浓硫酸,加热 片刻。在试管口的湿润的蓝色石蕊试纸变红(SO2生成),未反应完的铜表面附着黑色的不溶物,试管底部 还有少量的灰黑色的沉淀;将试管内的溶液倒人另一 支盛有水的试管中很难观察到溶液变蓝。

出现这种情况,一来没有达到实验的目的,二来 在教学过程中很难解释实验过程中出现的异常现象。

2、释疑

黑色和灰黑色物质若为CuO,则会发生以下反 应:CuO+H2SO4=CuSO4+H2O,不会出现不溶于琉酸 的现象。其实那黑色的物质是硫化物,灰黑色的沉淀是CuS、Cu2S等与CuSO4的混合物。

发生的反应主要为:

8Cu+H2SO4= Cu2S+3Cu2O+H2O

7Cu+H2SO4=CuS+3Cu2O+H2O

整个反应是在非水溶液中进行的,反应过程中生成的少量的水以水蒸气释放出,生成的CuSO4几乎没有水溶解而以白色沉淀出现在试管中。反应后试管中 的溶液几乎都是浓H2SO4,被倒出稀释的是H2SO4而不是CuSO4溶液,故很难观察到溶液为蓝色。

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(责任编辑:化学自习室)
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