钠与硫酸铜溶液反应的探究

学习了金属活动性顺序后，我们知道排在前面的金属能把排在后面的金属从它们的盐溶液中置换出来。钠排在铜的前面，钠能像铁那样把铜从硫酸铜溶液中置换出来吗？钠与硫酸铜溶液反应会生成什么物质呢？化学兴趣小组的同学对此颇感兴趣，决定一探究竟。

同学们查阅资料了解到，钠是银白色的软金属，可用小刀切割，熔点97.81 ℃，沸点882.9 ℃，密度0.97 g/cm3；钠是一种很活泼的金属，能跟氧气反应，还能与水剧烈反应生成氢氧化钠和氢气，同时放出大量的热；少量钠通常保存在煤油中；难溶性碱通常在遇热时会分解，如氢氧化铜受热分解为氧化铜和水。

同学们设计好实验方案，征得老师同意后，开始进行实验：用镊子夹取一块钠，用滤纸吸干表面的煤油，放在玻璃片上，用小刀切下绿豆大小的一小块，放入盛有少量2%的硫酸铜溶液的烧杯中，观察到钠浮在水面上，迅速熔化成闪亮的小球，四处游动，并发出“嘶嘶”的响声，溶液中产生蓝色絮状沉淀，还有少量黑色固体出现。

一、探究产生的气体成分

钠四处游动，发出“嘶嘶”声，说明产生了气体，那产生的气体是什么呢？化学兴趣小组的同学根据资料内容作出猜想：气体可能是氢气。为了验证气体的成分，他们在老师的指导下设计了如下图所示实验装置并进行实验。

向大试管中加入高度约3 cm的煤油；用小刀切下一小块钠，放入大试管中，塞上橡胶塞；打开活塞，通过长颈漏斗（便于添加硫酸铜溶液，同时防止因压强过大而冲开活塞）向试管中加入硫酸铜溶液；当煤油的液面升至橡胶塞时，关闭活塞，观察现象。可以看到钠在煤油与溶液交界处上下来回运动，表面产生气泡，钠逐渐变小直至消失，溶液颜色逐渐变浅，有蓝色絮状沉淀产生，还有少量黑色固体出现。然后打开活塞，用燃着的木条在尖嘴管口处点火，发现气体能被点燃，发出淡蓝色火焰。这说明钠与硫酸铜溶液反应产生的气体是氢气。将反应后的混合物过滤，得到滤液和滤渣。

二、探究滤渣的成分

将滤渣置于试管中，滴加足量稀硫酸，发现滤渣完全溶解，溶液变为蓝色。这说明钠与硫酸铜溶液反应没有铜生成。这是因为钠先与水发生置换反应，生成氢氧化钠和氢气，化学方程式为：2Na+2H2O=2NaOH+H2↑；氢氧化钠再与硫酸铜发生复分解反应，生成蓝色絮状沉淀氢氧化铜和硫酸钠，化学方程式为：2NaOH+CuSO4=Cu(OH)2↓+Na2SO4；总的化学方程式为：2Na+CuSO4+2H2O=Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑。反应过程中放出大量的热，使产物氢氧化铜部分分解为黑色的氧化铜和水，所以看到有少量黑色固体出现，反应的化学方程式为：

三、探究滤液的成分

同学们又提出问题：滤液中溶质的成分是什么呢？根据分析作出猜想：一定有硫酸钠，可能含有氢氧化钠或硫酸铜中的一种。同学们设计并进行实验：取少量滤液于试管中，向其中滴加无色酚酞溶液，无明显现象，说明滤液中不含氢氧化钠；同学们观察到滤液为淡蓝色，说明滤液中含有硫酸铜。由此得出结论：滤液中含有生成的硫酸钠和剩余的硫酸铜。

综合以上探究可知，钠与硫酸铜溶液反应生成氢气、硫酸钠和氢氧化铜，氢氧化铜受热分解生成氧化铜和水。