关于金属钠与硫酸铜溶液的反应探究

关于金属钠与硫酸铜溶液的反应探究摘要：我们高中化学教学过程中，学生或者教师常将金属活动性和元素金属性概念混为一谈，没有加以辨析，同时教材也没有加以区别。

如人教版高中《化学（必修加选修）》（第一册）对于判断元素金属性的依据这样叙述道：元素金属性的强弱，可以从它的单质跟水（或酸）反应置换出氢的难易程度，以及它的最高价氧化物和水化物——氢氧化物的碱性强弱来判断。

但是金属在溶液中发生置换反应是一个复杂的过程，既包括金属原子脱离晶体表面变为气态原子，气态原子变为气态阳离子，气态阳离子再变为水合离子的过程；又包括被置换的金属由水合离子变为气态离子，气态离子得电子变为气态原子，气态原子沉积变为金属的过程。

金属的电极电势就是综合考虑上述各种因素并用以表示金属活动性强弱的物理量。

关键字：金属性离子电极电势水合离子金属活动性顺序置换反应I n d e x：O u r hi gh s ch oo l c h em i s t r y t e a c hi n g pr o c es s, st u d en t s o r t e a ch e r s o f t e n m e t a l a c t i v i t y a n d t h e c on c e pt of m i x ed m et al l i c e l em e nt, n ot t o b e A n al ys i s, an d m at er i al s n ot t o b e di s t i n gu i s h ed. S u ch as P EP H i gh S c ho ol"C h em i st r y (c om pu l s o r y p l u s op t i on al)" (V ol um e I) f o r t h e m et a l l i c el em e nt s t o d et e rm i n e t h e b a s i s f o r t hi s s t at em en t an d s a i d:t h e st r en gt h o f m et a l l i c el e m ent s, f ro m i t s s i m p l e su bs t a n ce wi t h w at e r(o r a ci d) r e a c t i on t h e r e pl a ce m e nt of e a s e o f h yd r o ge n an d i t s ox i d e s an d hyd r a t e s t h e hi gh e s t p r i c e- t o d e t er m i n e t h e s t r en gt h o f al ka l i ne h yd r ox i d e. H ow e ve r,m e t a l r e pl a c em e nt r e a ct i o n i n s ol ut i on i s a c o m pl ex p r o c es s, bo t h m et al a t om s f ro m t he c rys t a l su r f a c e i n t o t h e gas e ou s at o m s, ga s e o us a t om s i nt o gas e ous c at i o n,c at i on an d t he n i nt o a gas e ou s i o n h yd r a t i o n p ro c es s;a n d i n c l u di n g t h e re p l ac e m ent o f m et al b y t h e h yd r a t e d i on s i n t o ga s e o us i on s, t h e el e c t ro n-gas i o ns i nt o ga s e o u s a t om s, i nt o ga s eo us m et al a t om d e po si t i o n p r o ce s s. M e t al e l e ct r od e p ot e nt i al i s t ak e n i n t o a c cou nt t h e ab ov e f a ct or s a nd t o i nd i c a t e t h e s t r en gt h of t h e ph ys i c al ac t i vi t y o f t h e m et al.K e yw o r d s: m et a l i on el e ct r od e po t ent i a l o f h yd r a t ed m et al i onr e pl a c em e nt r e a ct i on s e qu e n ce of a ct i vi t y鉴于高中化学知识的局限性，我们将大学物理化学的知识引入，便于解决金属钠与硫酸铜溶液反应中涉及到的电化学的知识加以应用。

a、钠与硫酸铜反应生成硫酸钠和铜。

理由：金属活动顺序中，钠位于铜的前面，钠置换出铜。

b、钠与硫酸铜溶液反应生成氢氧化钠和氢气。

理由：钠和硫酸铜溶液中的水反应生成了氢氧化钠和氢气。

c、钠与硫酸铜溶液反应生成氢氧化铜和氢气。

理由：钠先和硫酸铜溶液中的水反应生成氢氧化钠和氢气，铜离子再与氢氧化钠反应生成氢氧化铜。

实验步骤1首先,我们取10mL C uS O4溶液与小烧杯中.之后我们取一小块金属钠,吸干表面上的煤油后用小刀切去表面的氧化膜,然后投入到小烧杯中实验现象钠熔成小球,四处游动,发出嘶嘶的响声,并且生成了蓝色沉淀金属活泼顺序表是：钾钙钠镁铝锌铁锡铅（氢）铜汞银铂金由这个顺序可知：铜离子的氧化性强于氢离子的，但是此反应的化学方程式是: 2Na+2H2O+Cu S O4===N a2S O4+Cu(O H)2沉淀+H2气体这个反应分为两步a N a和水先反应生成氢氧化钠和氢气b氢氧化钠和硫酸铜在反应生成氢氧化铜沉淀和硫酸钠氧化还原反应真正要从电极电位来考虑，在水溶液中铜存在过电位，即相当于铜离子表面被氢离子包围，因而氢离子更易获得电子从而成为氢气2、金属活动顺序表不适用于活泼金属(K、C a、N a、M g)与易水解的金属阳离子间的反应。

这是由于这些活泼金属能与冷水反应使溶液呈碱性，从而促进了水解反应的进行。

因此发生的不是置换反应。

3、金属活动性顺序只从热力学角度上指出反应进行的可能性，而没有考虑动力学方面有关因素的影响，即没有指出反应进行的可行性。

例如：按金属活动性顺序，S n、P b与稀盐酸反应置换出氢是完全可能的。

但实际上反应速度极慢。

其原因是多方面的，主要是动力学方面的因素限制。

这是因为氢的超电势的影响，在S n和P b的表面阻力较大，表现为过电位高，所以反应速度很小。

而现在许多中学资料或教师常引导学生从金属单质与水或酸的反应速率或剧烈程度来分析推断金属的活动性，从严格意义上讲，这是不科学的。

因为金属活动顺序表是按标准电势来排列的，仅表明反应进行的趋势和程度，而反应速率是从热力学角度表明反应进行的快慢，两者没有必然的联系。

金属的活动性是反映金属单质在水溶液里形成水合离子趋势的大小，也就是反映金属在水溶液里起氧化反应的难易。

金属单质在水中越易形成水合阳离子，其金属性越强，反之越弱。

金属单质在水溶液中失去电子的难易程度可以用标准电极电势(E￠)加以判断。

金属在溶液中发生置换反应是一个复杂的过程，既包括金属原子脱离晶体表面变为气态原子，气态原子变为气态阳离子，气态阳离子再变为水合离子的过程；又包括被置换的金属由水合离子变为气态离子，气态离子得电子变为气态原子，气态原子沉积变为金属的过程。

金属的电极电势就是综合考虑上述各种因素并用以表示金属活动性强弱的物理量。

4由此得出应用简述活动性顺序表的时候应注意：a、金属活动性顺序一般只适用于在水溶液体系中金属单质与其他非氧化性金属离子或非氧化性酸间的置换反应。

首先，反应必须在水溶液中进行。

例如，按照金属活动性顺序，在水溶液中，金属钠不能置换出KC l中的钾，但在高温(760～880℃)熔融状态下，金属钠可以把比其活泼的金属钾从钾盐中置换出来。

反应方程式为：N a十KC l=N a Cl十K↑这是由于在熔融状态时，钾的挥发性大于钠，同时Na C l比K C l更稳定，因而使平衡向右移动。

其次，发生的反应必须是置换反应。

如果金属单质与盐溶液或酸之间发生非置换反应，则就不能用金属活动性顺序判断其进行的方向和产物。

例如应用金属活动性顺序可以判定C u不能与Fe Cl2溶液发生置换反应，但C u能跟Fe C l3溶液发生氧化还原反应：C u+2F eC l3=C uC l2+2F eC l2又如，位于金属活动性顺序表中氢后面的铜与稀硫酸不能反应，但与强氧化性的浓硫酸(或硝酸)能反应：C u+2H2S O4(浓)=Cu SO4+SO2↑+2H2OC u+4HN O3(浓)=C u(N O3)2+2N O2↑+2H2Ob、金属的纯度及金属的表面状态，也是影响其活动性的重要因素例如，由Z n和F e组成原电池，Zn是原电池的负极，理论判断和实验事实完全符合金属活动性顺序的。

但如果用A l和Z n 组成原电池，由金属活动性顺序判断，Al应是负极，但实验结果证明Z n是负极。

造成这种反转的原因是由于A l的表面生成了氧化膜。

由于氧化膜是电的绝缘体，尽管很薄，但由于它的覆盖使A l的电极电位由一1．67 V提高到0．5 V。

又如，按金属活动性顺序判断，粗粒的纯金是不溶解于盐酸的。

但是胶体状态的金却可以溶解在盐酸中。

这是因为胶体状态的金具有巨大的表面能，使反应得以发生。

4、反思与建议对教材的深度研究实际是教师的一种自我反思，在这个过程中作为未来的教师能提升自我教育观念，能提高教育教学水平，解决教育实际问题。

如果我们善于在自己的学习中发现问题，并将这些问题作为分析与反思的对象，深入研究产生问题的原因，找到解决问题的途径，那么他离成功教师的距离也不远了。

不会反思就不会成长，没有研究就没有发展。

参考文献［1］陶亚奇等．正确理解与探究金属的活动性顺序．化学教育，2003,6：36,42［2］人民教育出版社化学室编著．高中化学（第一册）．北京：人民教育出版社，2003［3］人民教育出版社化学室编著．九年制义务教育三年制初级中学教科书化学(全一册) ．北京：人民教育出版社，1995［4］武汉大学，吉林大学等编．无机化学．第三版．北京；高等教育出版社赵雪晶222010316011248 化师四班。