对Cu(OH)2制备实验的研究

1问题的提出
　　
　　试管里倒入2mLCuSO4溶液，再加入几滴NaOH溶液，立即生成蓝色的Cu(OH)2沉淀；再将沉淀加热会分解生成黑色的CuO。这既是初三化学的一个演示实验，又是高一书后的一个学生实验。
　　
　　可是不少教师按此步骤进行实验，所得到的沉淀物外观看上去不是蓝色，而是像碱式碳酸铜一样的浅绿色；将此沉淀物(浊液)加热直至煮沸，都观察不到有分解变黑生成CuO的迹象。这是为什么呢?
　　
　　过去把铜盐(如CuSO4)溶液与NaOH溶液混合，认为是理所当然地生成Cu(OH)2沉淀的简单反应，仔细研究实验过程和观察实验现象表明，这个反应(实验)并不简单，还有许多我们曾经疏忽了的基本问题值得研究。
　　
　　2实验·过程·现象
　　
　　先配1.0mol/LCuSO4溶液与2.0mol/LNaOH溶液各100mL备用(质量分数:CuSO4～14%；NaOH～7.3%)。
　　
　　[实验1]在7个小试管里分别加入10滴1.0mol/LCuSO4溶液，在不断振荡条件下分别滴入同量的2.0mol/LNaOH溶液，实验观察现象记录于表1(实验时室内温度8℃～9℃)。
　　
　　表1
　　

　　[实验2]把实验1的各序号试管放入70℃～80℃的热水中观察:1号、2号试管中的绿色沉淀无任何变化；3号～7号各试管中的蓝色、深蓝色沉淀迅速变黑生成黑色CuO。
　　
　　[实验3]加热煮沸1号、2号试管中的绿色沉淀，不见有分解变黑生成CuO的现象发生。
　　
　　3实验分析
　　
　　(1)铜盐(如CuSO4)溶液与强碱(NaOH)溶液相混合，因2种试剂的相对用量的不同生成2种不同的沉淀物:当NaOH溶液过量时生成蓝色沉淀物；当CuSO4溶液过量时生成绿色沉淀物。
　　
　　(2)蓝色沉淀物不稳定，即使是在室温条件下放置也会缓慢分解变黑；绿色沉淀物具有对热的相对稳定性，它的悬浊液即使是在长时间的煮沸条件下也不会分解变黑。
　　
　　(3)很容易确定蓝色沉淀物的成分是Cu(OH)2，绿色沉淀物是溶解度极小的碱性铜盐，其成分有资料报道是Cu4(OH)6SO4，以下实验可以作证。
　　
　　[实验4]把绿色沉淀用蒸馏水多次洗涤，至洗涤液中用BaCl2溶液检验不出SO42-后，用稀盐酸溶解绿色沉淀，此时再用BaCl2溶液检验，溶解液中有大量白色BaSO4生成，示绿色沉淀中有SO42-。平行的对比实验表明，蓝色沉淀不具有绿色沉淀的这种性质(检验不出SO42-)。
　　
　　(4)对于是否可以用CuSO4与氨水反应来制Cu(OH)2，傅鹰著《大学普通化学》(下)562页与尹敬执等合编《基础普通化学》(下)565页上有着2种截然不同的说法:前者认为是最好的方法，后者认为“在硫酸铜溶液中加入氨水，并不能得到氢氧化铜”。实际情况是:当加入氨水的量少时是生成绿色的碱式硫酸铜〔Cu2(OH)2SO4或Cu4(OH)6SO4〕沉淀；当加入氨水的量多时，沉淀又会溶解生成深蓝色的CuSO4·4NH3·H2O。因此，在CuSO4溶液中加入氨水，实际并不能得到真正的Cu(OH)2沉淀。
　　
　　4教学思考
　　
　　(1)按教材所示演示实验和学生实验的步骤和方法:“试管里倒入2mL硫酸铜溶液，滴入几滴氢氧化钠溶液”，一般说来，这样生成的沉淀只能是绿色的碱式硫酸铜〔Cu4(OH)6SO4〕，致使观察不到Cu(OH)2的后续热分解现象。对于这个教学实验，建议改成:“试管里倒入2mLNaOH溶液，滴入几滴CuSO4溶液”，以确保是在NaOH过量的情况下生成蓝色的Cu(OH)2沉淀。
　　
　　(2)碱与铜盐溶液反应生成的沉淀不是蓝色，且沉淀不被热分解的事实告诉我们:有时大家认为简单的问题，其实并不一定很简单；有时大家认为已经解决了的问题，实际并未完全解决；有时一些司空见惯的简单实验在若干实验者的手上经过，似乎没有多少创新的余地；但是，只要我们抱着存疑求真的态度，亲自动手去实践，或许可以从中获得意想不到的收获。诺贝尔奖金获得者，著名物理学家，中国科学院外籍院士丁肇中教授曾经讲过:“基本知识上的突破不是常有的事”。他特别强调指出:“科学需要实验精神!”这或许就是研究这一则实验给我们留下的教学思考。