活泼金属置换反应的研究

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1、活泼金属置换反应的研究金屈活动顺序表对我们判断金屈与盐的置换反应提供了理论上的指导，并在生产实践中得到了广泛应用。例如：将锌投入硫酸铜和硫酸亚铁的混合溶液中，锌会首先将铜置换出来，只有在铜全部置换完之后，多余的锌才与硫酸亚铁发生反应；而将铁和锌同时投入到硫酸铜溶液中，也只有在锌全部参与置换反应后，铁才会与多余的硫酸铜发生反应。然而，在现时生活中，许多客观存在的事物会对理想中的置换反应产生各种各样的干扰，以至于岀现一-些比较复杂的情况，特别是对一些活泼金属而言，如不加以仔细分析，往往会得出一些错误的结论。举例来说，钠易在空气屮氧化,遇到盐溶液时

2、，理想中的置换反应是否还能发生；一些盐因热稳定性差，受热后易发生分解反应，而根本不存在熔融状态，熔融状态下的置换反应就成了纸上谈兵。那么活泼金屈的置换反应究竞会是怎样的呢？带着上面这些疑问，开始构思一个活泼金属置换反应的实验，要求：1、参与置换的金属较活泼，易与水、空气发生反应；2、盐的热稳定性差，不存在熔融状态；3、实验现彖明显，易于观察、判断。显然，钠与硫酸铜溶液Z间的化学反应能满足这几点要求。按照金属活动顺序表推测，钠应优先与溶液中铜离子发生置换反应，生成金属铜。但回想起钠与水反应吋的剧烈程度，难免会对这一推测产生怀疑，并进而认为钠会优

3、先与水发牛置换反应，其产物再与硫酸铜发牛复分解反应。此外，不管钠是先与溶剂（水）发生反应，生成氢气和氢氧化钠，继而形成氢氧化铜絮状沉淀，还是直接将铜置换出来生成红色的铜，都有很明显的变化发生，容易观察、判断。上面两种分析似乎都有充足的道理，真吋的情况可能只是二者之一，但也有可能是二者同时发牛。考虑到钠的化学性质活跃、可能产生的氢气容易发生爆炸、氢氧化钠具冇腐蚀性等因素，为安全起见，实验时尽量选择小质量的钠和低浓度的硫酸铜溶液，并在实验过程中保持良好的通风。实验器材包括蹑子、小刀、滤纸、烧杯。实验约品为约半粒绿豆大小的钠（约在0.05克以内），

4、浓度为0.5%的硫酸铜溶液40毫升。实验过程及现象：钠块投入溶液后，很快融化成一个银白色的小球，然后在溶液表而随处快速游动，同时溶液中产生蓝色絮状沉淀，最后钠开始燃烧。从实验现象中可得出以下结论：钠首先与水发生了置换反应，生成了氢氧化钠和氢气，并发出热量，氢氧化钠与硫酸铜反应牛成了氢氧化铜蓝色絮状沉淀，热量的积聚导致钠开始燃烧，生成过氧化钠，最终，过氧化钠溶于水再次生成氢氧化钠，并与溶液屮的硫酸铜发生反应，生成氢氧化铜和硫酸钠。试验现象表明，钠并未遵照金属活动顺序表的规律，优先与排在后面的铜离子发生置换反应，而是直接与水发生了反应。那么，究竟

5、是什么原因导致实验结果与理论分析相去甚远呢？我认为是反应物浓度和反应速度改变了化学反应进程。首先来看反应物浓度。在硫酸铜溶液中，水分了的数量远远大于铜离了，当钠进入硫酸铜溶液后，曲于密度小，钠会浮在溶液表面，其周围被大量的水分子包围，因此钠首先会与水发生激烈的反应，并放出热量。而与水分子数量相比，少得可怜的铜离子完全没有直接与钠发牛置换反应的机会。其次来看看反应速度。不论是钠与水的反应述是钠在空气屮的燃烧反应，其反应剧烈程度都要远远高于与硫酸铜的置换反应。正是因为这两方面的原因，最终使钠与硫酸铜溶液之间没冇发生理想中的置换反应。既然钠不能置换

6、出硫酸铜溶液中的铜，那么能否置换出熔融状态下的铜呢？遗憾的是，这个设想无法得到验证。经查阅资料，硫酸铜分子的热稳定性较差，被加热至650°C时，就会发生分解反应，而转化为黑色的氧化铜、二氧化硫和氧气。也就是说，根本不存在熔融态的硫酸铜。不仅如此，人多数金属的硫酸盐都不存在熔融态，它们在高温条件下都很容易分解。考虑到钠的强还原性，只能寄希望于常温或稍稍加热的情况下，钠与硫酸铜Z间发生置换反应了。真的能成功吗？实践是检验真理的唯一标准，为验证这一想法，重新设计一个实验。鉴于钠的化学性质过于活泼，实验屮应充分考虑到空气、水等干扰因素,以避免出现与前

7、述实验类似的结果。同时，考虑到实验过程中需要先加热，随后的置换反应后又可能会出现放热，选择耐高温的I甘堀替代试管作为反应容器。实验器材包括银了、小刀、滤纸、药勺、堆垠、酒精灯、红色品红试纸、钠丝。实验药品为约半粒绿豆大小的钠（约在0.05克以内），足量无水硫酸铜粉末、稀硫酸、浓硫酸。试验过程及现彖：实验中先在站垠中放入半粒绿豆大小钠块，并用白色无水硫酸铜粉末将钠覆盖，并用药勺压紧，密封严实，尽量避免钠与空气接触（注意不能使用硫酸铜晶体。因为晶体屮含有的水分，同时晶体也难以有效地将钠与空气隔绝，因为水分和空气都会改变实验结果）。观察I甘堀内的药

8、品，并未发生明显变化，可初步判断常温下钠与无水硫酸铜不易发生置换反应。接下来用酒精灯对堪埸进行加热，大约15秒后，堀竭中岀现轻微的囁啪声,并突然产生黄色火焰，但很快