金属钠置换出铜的几种实验方案比较

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1、金属钠置换出铜的几种实验方案比较摘要：从教材中钠与硫酸铜溶液反应的内容谈起，分析钠不能置换出铜的原因；从思考、文献和实证的角度探讨钠可以置换出铜的条件，对各种置换出铜的方式的操作难度、现象、安全性等方面进行了实证和比较。　　关键词：金属钠置换铜；实验方案比较；化学实验教学　　：1005?6629（2014）3?0060?02中图分类号：G633.8文献标识码：B　　置换反应是初中化学实验常见的反应，这类反应让学生对金属活泼性强的金属可以置换出金属活泼性弱的金属的认识较为深刻。鲁科版高中《化学1》第18页的金属钠与硫酸铜溶液的反应是学生进入高中阶段后第一个课外实验[1]，反应生成蓝色

2、沉淀的结论显然难用初中所学置换反应的规律进行解释。在多年的教学实践中，学生就这个实验提到最多的是，金属钠为什么不能把铜置换出来？金属钠怎样才能置换出铜？　　关于第一个问题，笔者比较赞同的观点是――钠是活泼的金属，从活泼性角度来分析，钠可以将溶液中的H+和Cu2+置换出来，虽然单独的铜离子比氢离子氧化性强，但在溶液中铜离子以水合铜离子形式存在[2]，金属钠在接触铜离子之前已先接触到了H+。所以将金属钠投入到水中后，钠主要是与水电离出来H+发生反应，而且钠与水反应太快会导致铜离子与钠基本上没有太多接触机会。　　关于第二个问题，金属钠在什么情况下可以置换出铜？结合金属钠不能置换出铜的原因

3、不难发现，阻碍钠置换出铜的关键问题在于水，如果能排除或者减少水分子与钠反应这一干扰因素，钠应该是可以把铜置换出来。　　1金属钠置换出铜常见方案比较　　结合近几年的相关资料，钠置换出铜的相关方案，大致可以分为2大类。　　第一类：钠与铜在没有加水的情况下通过升温熔融实现钠置换出铜[3]，用这种方式置换出铜的原因是钠比铜活泼，该方案对于刚进入高一阶段的学生而言比较好理解。但这个方案最大的困难在于给固体加热使之融化时钠易与氧气反应，所以成功的关键在于提供一个隔绝空气的反应环境，或者在给固体加热时固体周围用保护气阻止空气与固体接触。　　笔者选择了用保护气覆盖在固体表面给固体加热这一方式，在保

4、护气的选择方面笔者分别用N2和CO2这两种气体进行了尝试，其中选用CO2做保护气更适合一些，因为实验室制取二氧化碳比较容易，而二氧化碳的密度比空气大，气体也更容易覆盖在固体的周围有效隔绝与氧气的接触。　　该方案的优点是比较容易获得较多红色固体，但操作起来比较繁琐，高一学生自行完成实验较难获得成功。　　第二类：利用各种条件，增大金属钠与铜离子的接触机会，其中比较典型的做法有，将硫酸铜溶液滴入到金属钠表面，钠因为过量使部分铜离子被置换出来；或者将钠用刺有小孔的铝箔包裹住投入到硫酸铜溶液中[4]，间接增加钠与铜离子的接触机会。　　将硫酸铜溶液滴入钠表面的做法较难成功，只有选择了将浓度较大

5、的硫酸铜溶液滴入面积较大的钠片后，偶尔才能看到大量黑色沉淀物之中有少量红色物质出现；采用铝箔包裹住钠投入到硫酸铜溶液实现置换出铜的方法操作起来亦有一定的难度和危险，钠的大小、孔的数量和大小、铝箔的大小及包裹方式等都会影响实验的成败。　　与第一类方法不同，第二类置换出铜的方法只是减少了钠与水的反应机会，反应过程会出现大量其他颜色的沉淀，这些沉淀使得要观察到红色物质具有相当大的难度。　　虽说上述相关实验已经多次进行了尝试，但产生的红色固体是否一定为铜？通过查阅相关资料和结合反应物成分分析，红色固体也可能是Cu2O。　　为了鉴定红色固体的成分，笔者将得到的红色固体用清水洗干净后置于表面皿

6、中（因为量不多，放入表面皿更易观察），分别尝试用浓氨水、浓盐酸来溶解表面皿中的红色固体，结果发现这些红色固体加入浓氨水或者浓盐酸后没任何变化，而实验室提供现成的Cu2O加入浓氨水或者浓盐酸是可以得到蓝色溶液的。实验最终是通过加入稀硝酸才将表面皿中的红色固体完全溶解并得到浅蓝色的溶液，这也进一步证实了用上述方法置换出铜确实可以实现。　　有没有一种更简单、安全、现象也明显的操作方法实现钠置换出铜？　　2新实验方案设计　　2.1介质概念启示　　有机化学教材中有关肥皂制备的实验给了笔者很大的启示，实验中为了促进油脂和氢氧化钠溶液充分混合加入了无水乙醇[5]。如果有一种类似于乙醇的介质能溶解

7、铜盐，而介质本身不与钠发生反应，那不就有可能实现钠接触到铜离子了吗？　　确定了基本方向后，笔者在百科里面进行了详尽的查找，发现有不少铜盐溶于不与钠反应的有机溶剂。　　（1）溴化铜溶于丙酮、吡啶；　　（2）氯化铜略溶于丙酮和乙酸乙酯；　　（3）醋酸铜微溶于乙醚。　　为了更清晰地观察实验，笔者将钠切成2厘米长和宽的钠片，选择了部分有机溶剂溶解铜盐，再将所得液体滴入到钠片上。　　2.2部分实验操作　　2.3实验分析　　整个实验操作没有出现剧烈的反应和爆炸，实验现象也很明显，