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铜离子溶液与镁反应生成什么?
作者:段昌平  …    文章来源:《化学教学》2007.8    点击数:    更新时间:2008-1-5

也有不少人认为,向铜盐(Cu2+) 的溶液中加入过量镁片( 或锌片) ,通过置换反应,镁片( 或锌片) 表面上会析出光亮的铜; 溶液由蓝色变为无色。事实上该实验的现象也并非如此。

我们做此探究实验时,是将擦得光亮的镁片插入蓝色的CuSO4溶液中,此时镁片上产生了大量气泡,同时有大量的黑色物质聚集在镁片上,有的脱落下来悬浊在试管底部; 溶液由蓝色透明逐渐变为不透明的蓝色悬浊液。当反应停止时( 不再产生气泡) ,静置,上层溶液无色透明,下层沉淀物为蓝色Cu(OH)2 与黑色的铜的混合物,镁片上也附着着黑色的铜和蓝色沉积物。取出镁片,用蒸馏水冲洗表面附着物,可见少许红色的单质铜析出附着在镁片上。

产生该实验现象的原因是: Cu2+的水解所致。在Cu2+溶液的水解平衡体系中,虽然Cu2+的氧化性大于H+,但Cu2+的水解程度比较大,产生的H+浓度也比较大,还原性较强的Mg可同时与它们发生置换反应。由于H+被还原为H2逸出,促进了Cu2+的水解平衡不断向水解的方向移动,从而产生较多量的Cu(OH)2 析出,致使溶液变为蓝色的悬浊液。同时由于Cu2+还原为Cu的速率较快,且表面又有气泡产生、析出的Cu未能在镁片表面上形成晶体,故聚集成为黑色细小颗粒状固体,并有部分脱落下来悬浊在液体中。该实验过程中的化学反应可表示为:

Cu2++2H2O+Mg=Cu(OH)2+Mg2++H2

Cu2++Mg=Cu+Mg2+

由以上两例说明了一个问题,化学反应既存在着一般性规津,但又不能绝对化。如在例一中,三种阳离子(Fe3+Fe2+H+) 的氧化性数Fe3+最强,但在还原性较强的镁的存在下,H+的氧化性可充分地表现出来,并影响着反应进程的改变,致使溶液变成褐色的悬浊液。在例二中,按照一般置换反应的规律,Cu2+优先与Mg发生置换反应,但事实上镁片一插入CuSO4溶液中,立即便有氢气生成逸出,此反应也部分改变了反应进程的方向,致使溶液变成蓝色的悬浊液。面对事实上化学反应的复杂性,我们在教学过程中不能采取回避的态度,而应引导学生通过做探究性实验,让学生了解事物变化的真相,并从中找出变化的内在原因,从而形成认识问题的科学方法。

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