1、1对铁与硫酸铜溶液反应的实验探究文章编号：1008-0546（2013）03-093-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2013.03.040 一、 问题的提出 人民教育出版社出版的义务教育教科书?化学?九年级?上册第五单元课题一探究实验方案二（第 93页）中，提出将铁钉放入硫酸铜溶液中，希望学生观察到“反应前的总质量等于反应后的总质量”的现象同时，还能观察到“溶液由蓝色变为浅绿色，铁钉表面有红色物质” 。但笔者在实验教学中发现：很难在短时间内看到溶液由蓝色变为浅绿色；同时还发现铁钉表面有时没有出现红色物质，却出现黑色物质
2、。这种异常的实验现象给我们教学带来了一些干扰，为此笔者做了大量的实验，有了一点成果与各位读者共享。 二、实验探究 1.探究实验 1 （1）称量 3g无水硫酸铜固体多份，然后将不同质量的水分别加入硫酸铜固体中，搅拌溶解； （2）分别取 3mL上述配制好的硫酸铜溶液于试管中，分别加入 3根3.9cm铁钉； （3）观察实验现象（以 3分钟为限为了能准确地描述现象，避2免自己主观判断，笔者请学生来观察实验现象，下同） 。现象如表 1所示。实验结论：当硫酸铜与水的质量比为 370 左右时，实验效果好；硫酸铜溶液浓度较低时，易出现黑色物质。 实验分析：Cu2+会发生水解现象， Cu2+2H2OCu（OH）
3、2+2H+，新生成的氢氧化铜又极不稳定，会迅速分解而变暗：Cu（OH）2=CuO+H2O。 初中化学中常见的可溶性铜盐除硫酸铜外，还有氯化铜和硝酸铜，为此笔者做了探究实验 2。 2.探究实验 2 分别配制与上述硫酸铜溶液（370）浓度相当的氯化铜溶液和硝酸铜溶液，取少量溶液，分别加入 3根铁钉，观察现象并记录时间。现象如表 2所示： （笔者学校只有 CuCl2浓溶液，此溶液由于含有CuCl42-和Cu（H2O）42+两种配离子的缘故而显绿色，当加入一定量水后，水分子取代了CuCl42-中的 Cl-，形成Cu（H2O）42+，溶液颜色就显蓝色了。 ） 实验结论：相同条件下，氯化铜溶液与铁反应的速
4、度明显比硫酸铜、硝酸铜溶液与铁反应的速度要快； 氯化铜溶液与铁反应时几乎看不到有黑色物质出现。 实验分析：铁表面常会覆盖一层氧化膜，阻止了 Fe与 Cu2+接触，当存在 Cl-时，Cl-就穿过氧化膜，取代膜中的氧原子使具有保护作用的3氧化膜成为可溶性的氯化物，从而活化了金属表面，促进了反应的进行。由于不同阴离子钻穿能力不同（Cl-SO42-、NO3-） ，故对反应影响就有差异。 Cl-络合能力要强于 SO42-、NO3-，Cu2+4Cl-=CuCl42-，这样就抑制了 Cu2+的水解，减少了生成氧化铜的可能。 既然有 Cl-的溶液反应效果非常好，那在硫酸铜溶液中引入少量 Cl-，实验效果将会如
5、何呢？为此笔者进行了探究实验 3。 3.探究实验 3 在硫酸铜溶液（370）中加入少量 NaCl（笔者在约 72mL的溶液中加了小半药匙 NaCl） ，搅拌溶解，取少量溶液，加入 3根铁钉，观察现象并记录时间。现象见表 3所示。 实验结论： 在硫酸铜溶液中加入少量 NaCl时，实验效果非常好。 实验说明：加入食盐的量不可太多，这是因为硫酸铜会与过量的食盐发生反应，CuSO4 （蓝色）+4NaClNa2CuCl4（黄色）+Na2SO4，溶液中同时有 CuSO4 （蓝色）和 Na2CuCl4（黄色）而使整个溶液显绿色，从而导致后面无法观察到溶液颜色的变化。 加热是我们常见用于提高化学反应速度的方法
6、，如果我们提高了硫酸铜溶液的温度实验效果又将会如何呢？为此笔者又做了探究实验 4。 4.探究实验 4 取少量硫酸铜溶液（370）于试管中，加热溶液（笔者加热到溶液快要沸腾时） ，放入 3根铁钉，观察现象并记录时间。现象见表 4所示。 实验结论：提高硫酸铜溶液的温度，实验效果也非常好。 4实验分析：由于温度的升高，粒子运动速度加快，降低了反应活化能，增加了促进化学反应的有效碰撞次数，从而大大加快了反应速度。 三、建议 1. 实验时，在硫酸铜溶液（370）中加入少量 NaCl或提高硫酸铜溶液的温度，会使实验效果非常好； 2. 实验前可以用细线将铁钉扣上，要观察实验现象时，将铁钉从溶液中牵出，方便学生观察铁钉与溶液的变化； 3. 让学生观察溶液颜色变化时，可以用原蓝色的硫酸铜溶液做对比，后面再用一张白纸放在容器后面作衬托，学生会观察得更明显； 4. 也可以将铁钉换成铁片或螺旋状的铁丝，实验效果也会提高。 （本文的完成得到了扬州大学化工学院吴星教授、吕琳教授、笔者所在单位同事和学生的帮助，在此深表感谢！）
