关于氢氧化铜及有关反应的实验探究

党文祥+李旭娃

摘要：中学化学教材中对Cu2+与OH-反应的生成物的叙述，存在与实际不符的情况，会对教学产生误导。通过实验探究，揭示了Cu2+与OH-反应的生成物随时间、浓度、温度的变化而变化的情况。提出了溶解性表中对生成物相应符号的合理表述。指出了Cu（OH）2在教学中的重要性及教材的局限性。建议对Cu（OH）2的制取从量化着手，才能避免教学中的盲目性。并对其量化的具体操作进行了举例说明。

关键词：Cu2+与OH-的组合；溶解性表；氢氧化铜；量化操作范围

文章编号：1005–6629（2016）12–0070–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

中学化学教材中，对于Cu2+与OH-反应的生成物都叙述为Cu（OH）2。酸、碱、盐的溶解性表（下称溶解性表）中，Cu2+与OH-的组合对应的符号是“不”，根据表中的含义可知，“不”对应的物质也是Cu（OH）2。

然而，在教学实践中，可溶性铜盐溶液与碱溶液混合时，除了看到有蓝色沉淀之外，还会看到有绛蓝色溶液、绛蓝色悬浊液以及蓝色沉淀变黑等多种现象。不同的现象对应着不同的物质。Cu（OH）2的有关问题是化学教学的内容之一，不同物质及其现象的出现，会干扰有关教学的顺利进行。例如，向20滴0.1 mol·L-1的CuSO4溶液中加入10滴0.2 mol·L-1的NaOH溶液时，其生成物是浅蓝色（接近浅绿色）的物质，而且并非絮状，显然不是Cu（OH）2。但根据教材内容，不仅会将碱式硫酸铜误认为是Cu（OH）2，而且会将其浅蓝色（接近浅绿色）误认为是蓝色，将其非絮状误认为是絮状。这样，对物质的颜色和状态的印象、概念的形成以及判断标准的形成都会产生干扰或误导。因此，为了教学需要，必须弄清楚不同现象分别对应什么物质，这些物质分别是在什么条件下制取的，才有可能避免与教学无关问题的出现，为教学创造有利条件。

1 實验探究

实验1 （1）取2支小试管，分别编为1号和2号。向1号中加入20滴0.1 mol·L-1的CuSO4溶液，再加入12滴0.2 mol·L-1的NaOH溶液（吸取两种溶液时，分别用相同型号的胶头滴管，以减小其体积之差，下同），振荡后静置。向2号试管中加入20滴0.1 mol·L-1的CuSO4溶液，再加入50滴0.2 mol·L-1的NaOH溶液，振荡后静置。两个试管中，上部都是无色液体，下部都是沉淀。1号中沉淀为浅蓝色，2号中沉淀为蓝色。1号试管放置几十天（塞紧试管口，以防水分蒸发）也不变黑，而2号试管放置1小时后，蓝色沉淀中出现了黑色，而且黑色越来越深。

（2）再取2支试管，分别编为3号和4号。向3号试管中加入浓度和体积与1号中完全相同的两种溶液，振荡。向4号试管中加入浓度和体积与2号中完全相同的两种溶液，振荡。显然，3号和4号中的生成物应该分别与1号和2号中的生成物相同。分别用酒精灯加热，当刚出现沸腾现象时移离火焰，等待片刻，再接触火焰。如此反复，使液体温度保持在80℃与沸点之间。可以看到，3号试管如此加热几分钟都没有黑色出现，而4号试管加热至还未沸腾就出现变黑现象，当刚沸腾时，就全部变为黑色的液体混合物了。

实验2 取2支小试管，分别编为1号和2号。向1号中加入20滴5 mol·L-1的NaOH溶液，再加入5滴0.5 mol·L-1的CuSO4溶液，振荡后静置。可以看到上部出现绛蓝色液体，下部出现蓝色沉淀（蓝色因受绛蓝色的影响而不明显）。十几分种后，液体还未澄清，沉淀就已经完全变成了黑色。向2号试管中加入20滴14 mol·L-1的NaOH溶液，再加入3滴0.5 mol·L-1的CuSO4溶液，充分振荡。可以看到试管中只有绛蓝色的溶液。

实验3 取2支小试管，在1支中加入20滴0.1 mol·L-1的CuSO4溶液，向另1支试管中加入50滴0.2 mol·L-1的NaOH溶液，同放于80℃以上的水浴中加热数分钟，使两种溶液的温度都升至80℃以上。趁热将NaOH溶液倒入装CuSO4溶液的试管中。可以看到，液体混合时立刻变黑，静置后分层，上部为无色液体，下部为黑褐色沉淀。

实验4 取1支小试管，重复实验2中的2号实验，使其用量和操作与其完全相同。得到绛蓝色的[Cu（OH）4]2-溶液。然后向其中加入原混合液总滴数（23滴）6倍（138滴）的水，振荡后静置。1天后倾斜试管观察，试管底部和试管壁上是黑色或黑褐色的沉淀CuO（因分布多少和疏密不同，其颜色有所不同），从其上部看到液体由绛蓝色变为无色。而实验2中2号试管中的绛蓝色溶液放置约10～40天，溶液颜色仍未改变，但其下部有很少量黑色沉淀出现，而且逐渐增多。

2 问题分析

（1）实验1中：①1号和2号试管中沉淀的颜色不同；②3号和4号试管中的沉淀，在加热时产生的现象不同。说明1号和2号试管中的沉淀是不同物质。由资料[1]可知，Cu（OH）2受热易分解，在溶液中加热至80℃，就变为黑褐色的CuO。由此可以推知，4号试管中的沉淀是Cu（OH）2，进而可以推知2号试管中的沉淀也是Cu（OH）2。

3 归纳总结

由上述内容可知：

（1）Cu2+与OH-反应的生成物随时间、浓度、温度的变化而变化。所以，其生成物有多种，Cu（OH）2只是其中之一。Cu（OH）2只能在一定时段内存在，是过渡性物质。

（2）溶解度概念中，温度是一定的。而在溶解性表中，又规定了其温度为20℃。所以，在20℃时，对于Cu2+与OH-的组合：①如果两种离子在混合液中的浓度一定，仅从时间变化的角度来审视，在溶解性表中的符号应该是“不（变）-”；②如果不考虑时间因素，仅从浓度变化的角度来审视，在溶解性表中的符号应该是“不（或）-”。而在实际教学中，在判断复分解反应或离子反应能否进行时，两种情况都是存在的。综合起来，可以用“不，-”来表示。

所以，对于溶解性表，要用变化的观点、從不同的角度来研究，才能得出更为合理、完善、科学的结论。

4 对氢氧化铜的教学建议

4.1 Cu（OH）2在教学中的重要性

Cu（OH）2的制取及其有关性质，主要是在初中介绍的。其目的之一就是让学生知道生成Cu（OH）2的原理，并通过观察初步感知Cu（OH）2的蓝色和絮状，形成印象和概念，帮助其形成对其他颜色和物质状态的分辨能力。所以，教学中制取Cu（OH）2时，明确地显示其标准的蓝色和絮状特点，显得尤为重要。

4.2 教材的局限性

在中学阶段，学生的认知水平和接受能力是有限的，教材中对知识内容的介绍不宜太多太深。所以，在编写教材的过程中，不论是图文内容还是溶解性表，都只说Cu（OH）2，而对其他问题避之不谈（当然这不能说成是错误的）。但教材内容的回避，是回避不了教学中可能遇到的实际问题的。因为根据教材内容，只要是Cu2+与OH-的反应，不论什么情况，都会理所当然地认为其生成物就是Cu（OH）2，都会理所当然地写出化学方程式Cu2++2OH-=Cu（OH）2↓，也就会自然而然地将相应物质的颜色和状态认为就是Cu（OH）2的颜色和状态。这样，教材必然会对Cu（OH）2的教学产生负面影响。

4.3 建议对Cu（OH）2的制取采取量化处理

鉴于上述原因，必须弄清Cu2+与OH-在什么条件下的生成物是Cu（OH）2，Cu（OH）2在什么条件下才会充分显示其标准的性质特征，为此，就要从溶液的量化着手。经反复验证，用0.1～0.3 mol·L-1的CuSO4溶液和NaOH的溶液，其效果最好，而且对其用量（体积）的多少容易调节和掌控。当混合液中n（Cu2+）：n（OH-）=1：2时，得到的是3Cu（OH）2·CuSO4与Cu（OH）2的混合物。在实际操作中，当两种溶液的浓度在0.1～0.3 mol·L-1的范围内时，所用体积的量以1：10≤n（Cu2+）：n（OH-）≤1：3为大致条件。这样，浓度的限制，避免了[Cu（OH）4]2-的生成，体积的限制，又避免了碱式硫酸铜的生成。在此条件下，就可以放心地制取“纯度高”、疏密适宜、标准蓝色、絮状明显、放置相对较长时间才会变黑的最适宜示范教学的Cu（OH）2沉淀。

例如，教学中用0.1 mol·L-1的CuSO4溶液与0.2 mol·L-1的NaOH溶液制取Cu（OH）2，应取两种溶液各为多少？答：首先对n（Cu2+）：n（OH-）在1：10～1：3之间任取一个值，例如取1：6，那么[c（Cu2+）·V（Cu2+）]：[c（OH-）·V（OH-）]=[0.1 mol·L-1×V（Cu2+）]：[0.2 mol·L-1×V（OH-）]=1：6，则V（OH-）=3V（Cu2+），其中V的单位可以是滴，也可以是mL。当V（Cu2+）=20滴时，V（OH-）=60滴。当V（Cu2+）=1mL时，V（OH-）=3mL。……

观察用较小浓度的溶液制取的Cu（OH）2时，建议最好在20分钟之内完成。

参考文献：

[1]北京师范大学等编.无机化学（下册）[M].北京：人民教育出版社，1981：847～848.

[2]武汉大学等编.分析化学（第二版）[M].武汉：高等教育出版社，1982：15.

[3]朱华英，刘怀乐.碱性Cu（OH）2浊液检验-CHO的作用机理探究[J].化学教学，2015，（2）：51～53.

[4]李红萍，丁伟.硫酸铜与氢氧化钠溶液反应条件探究[J].化学教学，2014，（2）：49～51.