关于金属钠与硫酸铜溶液反应的思考

颜标峰

摘要：金属钠与硫酸铜溶液的反应是承接初中化学金属通性研究思路与高中化学典型金属性质研究思路的有效例证。在课堂中引入金属钠与硫酸铜溶液反应的实验，分析其反应原理，有利于学生体验从已知到未知的学习过程。

关键词：金属钠；硫酸铜溶液；实验；反应原理；改进

文章编号：1008-0546（2017）08-0084-01 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.08.028

高中元素化合物的学习从金属钠开始，钠对学生来说既熟悉又陌生。熟悉的是钠元素，氯化钠、氢氧化钠、碳酸钠等物质中都有钠元素，陌生的是钠单质。钠单质在日常生活中鲜有出现，学生对其性质知之甚少。

初中教材中，出现金属钠的地方有两处：其一是在“原子的结构”一节中，以金属钠与氯气的反应为例，介绍离子的形成；其二是金属活动性顺序表，金属钠作为活泼金属的代表出现在顺序表中。此外，学生通过初中化学的学习，已掌握金属性质研究的一般思路与方法，即金属与氧气的反应、金属与酸的反应和金属与盐溶液的反应。这些知识和方法的基础为金属钠的学习提供了研究起点。

然而，高中教材中，金属钠的内容编排思路并未高度契合学生的认知基础。研究钠与氧气的反应后，教材中研究的是钠与水的反应。教材中设计钠与水的反应，“在烧杯中加一些水，滴入几滴酚酞溶液，然后把一小块绿豆大的钠放入水中。”实验本身不难，但此实验的出现令人费解：其一，金属钠与水的反应与学生已有的研究金属性质的一般思路有异，学生不清楚为什么要研究钠与水的反应；其二，金属钠与水反应的实验中，为什么会事先滴入酚酞，这样的设计有没有道理？基于这样的思考，笔者尝试引入金属钠与硫酸铜溶液的反应，以此为切入口，引导学生关注钠的特殊性质。

一、金属钠与硫酸铜溶液反应实验的功能

金属钠与氧气可以反应，反应条件不同，产物也不同；作为金属单质，与盐溶液发生置换反应也是一个重要的性质，如果将钠加入硫酸铜溶液中，会产生什么现象呢？学生预测现象后，教师演示钠与硫酸铜溶液反应的实验，学生观察实验现象。实验的实际现象与学生预测的现象不同，引导学生关注差异：溶液中并未产生红色固体，而是生成蓝色絮状沉淀。蓝色絮状沉淀，学生非常熟悉，即为氢氧化铜。此时引导学生思考，铜离子来自何处？氢氧根离子来自何处？学生很快注意到，铜离子由硫酸铜提供，氢氧根离子是新生成的。氢氧根离子可能是如何产生的？引导学生关注元素种类，学生猜想是金属钠与水反应生成的。如何证明金属钠与水反应会生成碱性物质？此时，教材上金属钠与水反应的实验以解决问题的形式得以呈现，流畅自然，实验承载的功能也发挥得更为充分。

二、金属钠与硫酸铜溶液反应实验的操作

金属钠与硫酸铜溶液的实验在操作时，硫酸铜溶液宜稀不宜浓。金属钠加入稀硫酸铜溶液中，随着金属钠的游动，会产生一条一条蓝色的纹路，随即可以观察到蓝色絮状沉淀逐渐下沉的现象；如果金属钠加入浓硫酸铜溶液中，金属钠在游动过程中会形成一个火球，剧烈燃烧，并伴随产生部分黑色固体。原来，金属钠投入浓硫酸铜溶液中，由于铜离子浓度大，金属钠游动时，在溶液表面形成一层沉淀膜，使钠的移动速度变小，表面聚集的热量无法释放，从而达到钠的着火点。另外，部分氢氧化铜在钠燃烧释放的热量作用下发生分解，产生黑色的氧化铜，影响实验现象的观察。

金属钠与硫酸铜溶液反应，切取的钠块以绿豆大小为宜。钠块过小，现象不明显；钠块过大，一方面反应剧烈，不便于控制，另一方面，放出的大量热量会引起氢氧化铜的分解。

三、金属钠与硫酸铜溶液反应原理的解释

金属钠与硫酸铜溶液的反应，不是金属钠置换硫酸铜中铜离子的反应，而是金属钠置换水中氢离子的反应。这在学生的认知中，并不合理。按照金属活动性顺序分析，铜的还原性比氢的还原性弱，因此，铜离子的氧化性比氢离子的氧化性强。通过氧化还原反应的先后律判断，金属钠与硫酸铜溶液反应时，应该先与铜离子反应，为何结果并非如此？

引导学生查阅讲解离子反应时，教材中的一张图片：氯化钠在水中的溶解和电离示意图。学生阅读图示后，恍然大悟，原来离子在水溶液中主要以水合离子的形式存在，铜离子表面有聚集的水分子，金属钠先与其发生作用。

四、金属钠与硫酸铜溶液反应实验的改进

金属钠与硫酸铜溶液反应时，先与铜离子表面聚集的水分子作用，如果將表面的水分子完全消耗，金属钠是否能与铜离子作用？

依照此实验设计思路，笔者将金属钠制成片状，在其表面滴加一滴硫酸铜溶液，观察到金属钠表面有少量红色固体产生。

此外，如果将铜盐溶于一种不与金属钠反应的溶剂中，也能实现金属钠置换铜的可能。例如将溴化铜的丙酮溶液滴加在钠片上，可观察到红色固体的生成。

在开发金属钠与硫酸铜溶液反应实验的过程中，笔者有两点很深刻的感受：第一，教学设计的环节要讲道理，不能将内容散点状地灌输给学生，而是让学生从已知走向未知，逐渐构建科学认识的体系。就像教材中金属钠与水的反应，不是在学生已有体系中生长出来的，当面临这种问题时，教师可以尝试建构更紧密的知识连接；第二，教材资源丰富，可供选择和使用的素材很多，例如氯化钠的溶解和电离示意图，能很好地帮助学生理解金属钠与硫酸铜溶液反应时，先与水作用的反应事实。

参考文献

[1] 夏立先，纪丙全.对钠与浓硫酸铜溶液发生着火原因的探究[J].化学教育，2014（7）：64-65

[2] 黄萍，熊言林.金属钠与硫酸铜溶液反应产物的实验探究[J].化学教学，2008（6）：12-14