制取氢氧化铜实验的真伪性探究
李旭娃 姚富明
[摘 要]初中化学教材分别在质量守恒定律、化学方程式以及酸、碱、盐教学内容中，叙述了CuSO4溶液与NaOH溶液制取Cu（OH）2的实验。若根据其中叙述进行实验，当溶液浓度大时，要么得不到沉淀，要么得到复杂的沉淀。当溶液浓度小时，制得的絮状物质不仅蓝色浅，絮状容易消失，而且最终得不到Cu（OH）2。为此引入过渡性物质概念，证明了氢氧化铜的过渡性，用其分析教材中的实验为什么能得到蓝色絮状物质，而最终得不到Cu（OH）2的原因，指出了这些实验叙述的不科学性，并找到了解决问题的办法，提出了对教材和教参修改的建议。
[关键词]氢氧化铜;制取实验;过渡性物质;真伪性
新版义务教育教科书化学九年级上册第111页的实验3-9（下称实验A），其内容是：锥形瓶中装入5 mL硫酸铜溶液，将装有3 mL氢氧化钠的注射器插穿胶塞。推压注射器活塞至1 mL刻度处，观察实验现象，反应前后称量比较。
该实验的教学目的是：借助实验现象，掌握质量守恒定律，理解生成Cu（OH）2的反应原理，感知Cu（OH）2难溶和蓝色絮状的性质，为书写生成Cu（OH）2的化学方程式提供事实依据。由此可见此实验对于教学的重要性。然而对于该实验，教材和教参中并没有对溶液浓度进行说明，也没有其他的限制条件。由此可推知，教材的编写旨意是：不论浓度大小，只要将CuSO4和NaOH两种溶液混合，就一定能得到Cu（OH）2。
那么，真实的反应情况如何，有待进一步的研究探讨。
一、实验探究
硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液的混合，当浓度大时，得不到氢氧化铜，得到的是Na2[Cu（OH）4]或复杂黏稠的混合物。显然，该情况不适宜对氢氧化铜的认识和研究。因此，氢氧化铜的制取只能用硫酸铜与氢氧化钠的稀溶液。
既然实验1中不会得到Cu（OH）2，那么，混合后为什么会有蓝色絮状物质呢？
二、生成物的复杂性
1.过渡性物质概念的引入
前面所说的生成物，都是混合体系达到综合平衡后的最终生成物。而当两种溶液刚混合后的生成物，情况更为复杂。
【实验3】取5支试管，编为1～5。向1号试管中加入2.5 mL 0.1 mol·L-1的CuSO4溶液，再加入1 mL 0.1 mol·L-1的NaOH溶液。向2～4号试管中各加入20滴0.1 mol·L-1的CuSO4溶液，再分别依次加入0.1 mol·L-1的NaOH溶液31、35、39、43滴（为了充分观察1号试管中的现象，将1号试管放在最后做）。其现象为：①都得到絮状沉淀，不论振荡与否，1号试管中的蓝色明显比5号试管中的浅，如图1;②振荡后比较，颜色从1号试管的浅蓝色向5号试管的蓝色过渡，即蓝色依次变深，如图2;③静置约30分钟，1号试管的絮状消失，变为浅蓝色沉淀沉积于试管底部，而2～5号试管中的沉淀仍然分布于液面下大部分空间，如图3。（1号试管中的沉淀最终会变为稳定的浅绿色物质Cu4（OH）6SO4）[2] 。
实验3中的絮状物质都是Cu（OH）2。开始时在1～5号试管中的沉淀主要都是通过低条件反应[3]生成的Cu（OH）2和Cu2（OH）2SO4的混合物。1号试管中的絮状Cu（OH）2不稳定，逐渐消失，而5号试管中的是稳定的，具有持久性。竞争反应中生成的不稳定的物质叫作过渡性物质，相对地，生成的稳定的物质叫作永久性物质。过渡性物质是通过竞争反应生成的，而永久性物质有的是通过竞争反应生成的（如实验3的5号试管中的Cu（OH）2），有的是通过过渡性物质的转化生成的（如实验3的1号试管中的最终生成物Cu4（OH）6SO4）。
关于局部过浓、竞争反应、物质转化的详细论述，可参看“聚焦反应过程研究碱式硫酸铜的有关问题”[3]一文，在此不再赘述。
2.过渡性物质与永久性物质的关系
由此可知，当CuSO4溶液与NaOH溶液混合时，过渡性物质与永久性物质并非是固定不变的。在此条件下的过渡性物質，在彼条件下可能是永久性物质。在某条件下的某种生成物，可能既是过渡性物质，又是永久性物质。
因此，Cu（OH）2分为过渡性和永久性两种。在实验1中开始生成的Cu（OH）2是过渡性物质，在实验2中生成的Cu（OH）2是永久性物质，而在实验3的2～4号试管中的Cu（OH）2，既是过渡性物质（即转化的部分），又是永久性物质（即剩余的部分）。
3.过渡性Cu（OH）2转化的原因
可见，5号试管中的沉淀（永久性物质）比1号试管中的（过渡性物质）能更充分、更全面、更真实地反映Cu（OH）2的蓝色絮状特性。
三、教材实验的问题所在
既然如此，有什么理由不剔除虚假的实验呢？
教材对于涉及Cu（OH）2制取实验的编写，没有形成对于过渡性和永久性Cu（OH）2的认识，只是利用了絮状Cu（OH）2存在的普遍性，进行简单化、定性化的处理。其结果使教材的叙述与客观实际不吻合，既不科学，又不利于学生对Cu（OH）2性质的认识和概念的形成。
四、问题的解决
经实验反复验证，CuSO4和NaOH都用浓度为0.1∽0.3 mol·L-1的溶液时，所制得的永久性Cu（OH）2蓝色鲜明，絮状持久，是最理想、最适宜于教学的最佳选择。
过渡性物质概念的引入，可加深学生对Cu（OH）2的认识，对于Cu（OH）2的教学以及有关问题的研究具有重要意义。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 《无机化学》编写组.无机化学（下册）[M].北京：人民教育出版社，1981.
[2] 封享华，丁世敏，朱小丽，等.硫酸铜与氢氧化钠反应生成碱式盐的研究[J].化学教育，2015（9）：67-69.
[3] 李旭娃，党文祥，吴小平.聚焦反应过程研究碱式硫酸铜的有关问题[J].中学教学参考，2020（8）：55-57.
（责任编辑 罗 艳）