湖北省赤壁市黃蓋湖學(xué)校(437300) 馮雨燕
湖北省赤壁市實(shí)驗(yàn)中學(xué)黃新階名師工作室(437300) 陳 乘 任和林
根據(jù)人民教育出版9年級化學(xué)下冊第8單元的教學(xué)內(nèi)容,筆者組織學(xué)生進(jìn)行了不同金屬與稀酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后,當(dāng)時有一個組的學(xué)生未及時清洗實(shí)驗(yàn)儀器,一個星期后準(zhǔn)備做其他實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象:在上次驗(yàn)證“銅片與稀鹽酸不發(fā)生反應(yīng)”的試管中,溶液居然變成了綠色,繼續(xù)觀察,7天后試管中還出現(xiàn)了藍(lán)色沉淀。
教科書強(qiáng)調(diào)銅是活動性比較弱的金屬,其金屬活動順序排在氫后面,不能置換出稀酸中的氫,教輔資料及網(wǎng)絡(luò)中描述稀鹽酸及稀硫酸都不能和銅發(fā)生反應(yīng)。在盛放銅片與稀鹽酸混合物的試管中,是什么原因?qū)е氯芤鹤兂闪司G色?是銅與稀鹽酸反應(yīng)生成了新物質(zhì)嗎?帶著問題,筆者進(jìn)行了如下探究。
實(shí)驗(yàn):用砂紙將銅片打磨光亮后,剪成小片,分別放入4個小燒杯中,編號為1、2、3、4號,再把配制好的濃度為1%、5%、10%、15%的稀鹽酸分別倒入4個盛放銅片的小燒杯中。
一個星期后觀察到:4個燒杯中銅片都發(fā)生了變化,且鹽酸濃度越高,銅片剩余越少,溶液顏色也變成藍(lán)色,其中4號燒杯中的溶液已變成了綠色。一個月后觀察到:1號燒杯中出現(xiàn)了藍(lán)色沉淀。
結(jié)論:銅可以與鹽酸反應(yīng),且鹽酸濃度越大,反應(yīng)速率越快。
假設(shè):若銅與稀鹽酸發(fā)生置換反應(yīng),則產(chǎn)物有CuCl2。
實(shí)驗(yàn):取實(shí)驗(yàn)一燒杯中的藍(lán)色溶液于試管中,滴加過量NaOH溶液,結(jié)果無藍(lán)色沉淀產(chǎn)生,說明銅與稀鹽酸反應(yīng)得到的藍(lán)色溶液中不含游離態(tài)Cu2+,產(chǎn)物不是CuCl2。
實(shí)驗(yàn):取實(shí)驗(yàn)一燒杯中的藍(lán)色固體物質(zhì)于試管中,加水震蕩,發(fā)現(xiàn)藍(lán)色固體不溶于水,再滴加稀鹽酸,藍(lán)色固體溶解,說明藍(lán)色固體能與稀鹽酸反應(yīng)。在被鹽酸溶解后的液體中滴加足量NaOH溶液,出現(xiàn)藍(lán)色沉淀,加熱該沉淀物,迅速由藍(lán)色變成黑色。
結(jié)論:藍(lán)色不溶物是過量的銅與空氣中的氧氣、二氧化碳及水作用生成的堿式碳酸銅。銅與稀鹽酸反應(yīng)后的產(chǎn)物不是CuCl2,銅與稀鹽酸的反應(yīng)不是置換反應(yīng)。
實(shí)驗(yàn):將打磨光亮的銅片剪成小片,分別放入稀硫酸、氯化鈉溶液、氯化鈉溶液與稀硫酸混合溶液中,放置一周時間。觀察到稀硫酸、氯化鈉中的銅片均無明顯變化,溶液未變藍(lán),而混合溶液中銅片卻全部消失,且溶液變?yōu)樗{(lán)色。
結(jié)論:銅不能與稀硫酸反應(yīng),硫酸中混入Cl-就可以和銅發(fā)生反應(yīng)。
查閱文獻(xiàn)得知,銅與鹽酸反應(yīng)不可能生成氯化銅。銅片與稀鹽酸混合液試管中,溶液變成了綠色,發(fā)生如下反應(yīng):
除此反應(yīng)之外,試管中的藍(lán)色物質(zhì)還有銅與空氣中的氧氣、二氧化碳及水作用生成堿式碳酸銅及其他復(fù)雜絡(luò)合物。因含[CuCl4]2-配離子顯黃色,含[Cu(H2O)4]2+配離子顯藍(lán)色,兩者并存濃度相近時就顯綠色。由于在氯化銅稀溶液中主要存在[Cu(H2O)4]2+,較少存在[CuCl4]2-,所以呈現(xiàn)藍(lán)綠色、藍(lán)色或淡藍(lán)色。在氯化銅濃溶液中主要存在[CuCl4]2-,較少存在[Cu(H2O)4]2+,溶液會呈現(xiàn)黃綠色甚至棕綠色。
銅與稀鹽酸反應(yīng)速率很慢,鹽酸濃度越高,反應(yīng)速率越快。生成物不含氯化銅,是堿式碳酸銅及其他復(fù)雜絡(luò)合物。銅不與稀硫酸反應(yīng),如果稀硫酸中混入Cl-則可以和銅發(fā)生反應(yīng)。銅片在稀鹽酸中變綠,其實(shí)質(zhì)是銅、鹽酸和溶解在酸液中的氧氣反應(yīng),由于氧氣量少,空氣中的氧氣溶入酸液的速率非常緩慢,導(dǎo)致短時間觀察不到變化。
自來水采用氯氣消毒,在消毒后應(yīng)嚴(yán)格控制水中的H+、Cl-含量,否則銅芯水龍頭會發(fā)生反應(yīng)生成堿式碳酸銅(易結(jié)垢),縮短其使用壽命。
反應(yīng)速率非常緩慢的化學(xué)反應(yīng)在短時間內(nèi)無法呈現(xiàn)明顯的現(xiàn)象,我們不能輕易得出不反應(yīng)的結(jié)論。在探究不同金屬與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)的教學(xué)中,應(yīng)注意表述的準(zhǔn)確性,“銅不與稀鹽酸、稀硫酸發(fā)生反應(yīng)”的說法是不正確的。建議把教輔資料和網(wǎng)絡(luò)資料中的“銅與稀鹽酸(稀硫酸)不反應(yīng)”改為“銅不能置換出稀鹽酸或稀硫酸中的氫”。