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钠与硫酸铜溶液反应实验探究
刘善超
(郑州一中 河南 郑州 450006)
学习碱金属元素时,为了加深学生对钠的性质的认识,同时对金属活动性顺序有一个更为全面的了解,增加了“钠与硫酸铜溶液”反应的演示实验。但是,在演示实验中却发生了爆炸,所幸的是没有伤及学生和老师。课下取相近大小的钠与硫酸铜溶液反应,没有发生爆炸现象。这到底是什么原因?为了课堂演示实验的安全,也为了演示实验的成功,本文对钠与硫酸铜溶液反应的条件进行了进一步探讨。 一、实验用品和实验过程 1.实验用品
硫酸铜溶液,钠块,小刀,镊子,滤纸,药勺,天平,烧杯。 2.实验过程
首先配置不同浓度的硫酸铜溶液(浓度分别为0.5%,1%,2%,5%,10%)。
依次取硫酸铜溶液40 mL,然后取5块同样大小的钠,分别投入到硫酸铜溶液当中,观察实验现象。
然后根据实验选择一个合适浓度的硫酸铜溶液,固定硫酸铜溶液的浓度,考察钠块大小对实验的影响,继续观察实验现象,并做好实验记录。
二、实验结果与分析 1.硫酸铜溶液浓度的影响
保持钠块大小近似相同(约为0.05 g)的情况下,分别加入到不同浓度的硫酸铜溶液中,实验现象见表1。
表1 不同浓度的硫酸铜溶液和钠块的反应
CuSO4溶液的浓度 实验现象 10% 5% 2% 1%
钠块投入后,马上剧烈燃烧了起来,有爆炸声 钠块投入后,4~5 s开始燃烧,有轻微的爆炸声 钠块投入后,过了30 s开始燃烧,没有爆炸声 钠块投入后,过了36 s开始燃烧,没有爆炸声
0.5%
钠块投入后,过了40 s开始燃烧,没有爆炸声
钠投入到10%的硫酸铜溶液当中后,钠块立即剧烈燃烧了起来,并伴随着爆炸声,在溶液上层有蓝色的絮状沉淀生成;钠投入到5%的硫酸铜溶液当中后,可以看到钠块很快融化成一个银白色的小球,然后在液面上四处游动,但很快停在某一个地方,燃烧了起来,并伴随有轻微的爆炸声;钠投入到2%的硫酸铜溶液当中后,看到钠块熔成一个小球,四处游动,当有蓝色絮状沉淀越来越多时,钠块好象被阻挡在一个地方,开始燃烧了起来,但和前两次实验相比,燃烧时间靠后了,有大约30 s左右才开始燃烧,没有发生爆炸现象。投入到1%和0.5%的硫酸铜溶液后现象和2%的硫酸铜溶液中发生现象的差不多,只是钠块开始燃烧的时间越来越靠后了,分别为36 s和40 s。
相同大小的钠块和不同浓度的硫酸铜溶液反应现象是不相同的,浓度越大,反应越剧烈。并且,在10%以及5%的硫酸铜溶液中,都有爆炸现象发生,原因可能是:钠投入后生成的氢氧化钠和硫酸铜作用生成氢氧化铜絮状沉淀,浓度越大,产生的沉淀越快越多,而沉淀的产生恰恰阻止了钠块的游动,使得热量积聚,从而引发爆炸。当浓度较稀的时候,钠四处游动的程度就大些,热量得以扩散和释放,就不会产生爆炸现象。 2.钠块大小的影响
分别取40 mL 2%的硫酸铜溶液三份,取大小为0.2 g、0.1 g、0.05 g的钠,投入硫酸铜溶液中,实验发现:0.2 g的钠投入溶液中后,钠块剧烈燃烧了起来,并发出爆炸声,还有少量的钠溅了出来;0.1 g的钠投入硫酸铜溶液后,钠块也燃烧了起来,并发出爆炸声,只是和前者相比剧烈程度有所降低;0.05 g的钠投入硫酸铜溶液后,钠块四处游动,偶有轻微的爆炸声,但是未见钠块燃烧。很显然,钠块的质量越大,游动的速度就越慢,积聚的热量就越多,就容易引发氢气的燃烧和爆炸。因此,实验中在不影响实验现象的前提条件下,应该选用质量较小的钠。 三、结论
实验结果表明,硫酸铜溶液的浓度不超过1%,钠块的大小约为
0.05 g时,实验是安全的。这样,既可以让学生清楚的观察到实验现象,又能够保证实验的安全。实验还发现,钠与硫酸铜溶液的反应主要跟硫酸铜溶液的浓度和钠块的大小有关。除此之外,还与反应容器的大小,溶液的多少等有一定关系,这里就不在一一讨论。
参考文献
1. 阮鸿飞,李云芬.钠与硫酸铜反应的实验设计.实验教学与仪器, 2003, (7-8). 2. 曹文东.钠与硫酸铜反应的深析浅释.中学化学,2003, (6).
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