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 on

r 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。