锌与硝酸铜溶液反应的化学方程式

将一块锌板插入1 mol/L的硝酸铜溶液中
一,实验中六种变化现象
1.Zn与Cu(N03):溶液首先发生了置换反应.开始析出来的铜颗粒较细呈黑色,后随因cu颗粒逐渐变粗而呈现棕红色.
2.由于zn板上沉积了金属Cu,形成zn—Cu原电池,使溶液中H'在正极(Cu电极)获得电子产生H2.所以可看到Zn板上Cu周围有气体冒出.
3.反应进行较长时间后,使H2不断逸出,溶液中oH—浓度不断增大,而使溶液呈碱性,溶液中Cu2+和OH-结合生成Cu(oH)2沉淀,所以杯底部有淡蓝色沉淀出现.
4.由于溶液中Zn2+增加;也可与OH-结合生成白色Zn(OH)2沉淀,因OH-浓度不大,不会使Zn(OH)2溶解,它混入Cu(oH)2沉淀中.
5.反应进行一段时间后,可看到烧杯上半部溶液显绿色,下半部的溶液仍显蓝色.
6.烧杯中溶液随反应进行,蓝色逐渐变浅,最终变为无色.说明溶液中cu2+一部分被zn还原为cu,另一部分与oH—结合为难镕的Cu(OH)z沉入杯底.
二,有关实验现象中几个问题的探究
1,Zn板插入Cu(NO3)2溶液的实验,按理论分析,在zn板上金属cu周围析出的是H2,实验中也确实得到了H2,但有些学生在实验中还闻到了NO2特有的刺激性气味,认为实验中产生的气体是NO2.根据讨论,大多数学生认为N02味产生的原因有两种可能:①cu(N03)2中含游离的硝酸;②Zn板与Cu(N03)2溶液反应所致'我们认为:金属Zn与Cu(N03)2溶液接触时;zn作为还原剂.它遇到了三种可以把它氧化的物质:Cu2+,H+(或H2O)和NO3-(或HN03);三个氧化还原反应只是所占比重不同.在一般情况下,还是以前面两个为主,若实验用的Cu(NO3)2中含较多游离HNO3,就会嗅到N02气体较浓些.若Cu(N03)2中不含HN03.N02的气体就会较淡些.有关反应为:3Zn十8HN03=3Zn(N03)z十2NO十4H2O,2NO十02=2N02,至此,这一问题的结论:在产生H2的同时常会伴有N02气体产生.
2.实验进行一段时间,烧杯中上半部呈绿色,下半部仍显蓝色.下半部溶液显蓝色说明溶液中仍为Cu(N03)2,而上半部为什么显绿色且绿色存在较长一段时间呢 这一问题也是学生〔讨论的焦点之一.对这一问题的探究,笔者引导学生从溶液由蓝-绿-无色这一过程来推测:
(1)绿色的产生可能是由cu+显示出来(Cu+产生过程实际为:Cu2+—Cu+—Cu),但cu+一般情况下为无色的,并非绿色,除非有特殊的阴离子与之结合才产生特殊颜色,而本实验溶液中只有Cu2+,Zn2+,NO3-,H+,OH-.而Cu+与N03-存在下也不是绿色,OH-与Cu+结合也不生成绿色氢氧化亚铜沉淀.查阅资料发现氢氧化亚铜为黄色,因此,绿色可以认为是氢氧化亚铜黄色混悬物和剩余水合铜离子[Cu(H2O)4 2+]的蓝色混合而成的"混合色".
(2)绿色为何持续较长时间 按资料文献看cu+在水溶液中很不稳定,迅速地发生歧化反应:2Cu+=Cu十Cu2+不过只要有剩余Zn和cu2+的存在.只要反应还在进行.那么cu+就会不断地产生,不断歧化,歧化产生cu2+还能继续参加反应,直至全变成cu单质为止.所以cu+存在较长一段时间是可以理解的.
(3)cu+是怎样产生的呢 很多学生讨论认为是zn将cu2+还原所得的,但根据所观察到现象,绿色是在溶液的上半部而不是在zn板周围,笔者通过查阅有关文献和综合有关化学反应认为,将cu2+还原成cu+是由前一步产生的H2而还原的,反应式为:H2十2Cu2+十20H-=2Cu+十2H20,OH-显然来自水的电离.
三,实验中涉及的基本反应
通过讨论,大家认为,Zn板插入Cu(N03)2溶液中,并非简单的两种物质问的反应.实际上出现比预想的多得多的现象.按时间大体顺序发生了下列反应:
所有上述反应均是中学学过的基本化学反应,只不过在特定条件下结合起来罢了.
四,实验后的启示,
启示之一:要清除限制观察能力发展的各种樟碍.如果我们从开始就认为zn与cu(N03)2溶液反应只不过是下面一个反应而已:Zn十Cu2+=Cu十Zn2+就不可能观察到更多的细微而又不易被发现的现象,就会"视而不见,见而不思,思而不悟".实际课堂上,书本上都说zn和CU2+之间可以发生上述反应,但并没有说只发生这一种反应,其实在具体做某一反应的实验时,我们看到的往往是许多反应的组合,这里有主反应,也有许多副反应,但我们要跳出已知的反应框框,获取新知,补充已知.
启示之二:通过这一次实验,师生感触最深的是"学无止境"的道理.①如果用CuCl2或Cu—s04溶液代替cu(NO3)2溶液.实验结果有何差别 ⑨如果用Al或Fe等比Cu活泼的金属代替zn进行实验是否还能出现上述现象 ②我们能不能把Zn与Cu(N03)2溶液反应的结果直接用来解释各种类似的反应,7④若进一步研究,将Al板插入氯化汞(HgCl2)溶液中,你会发现哪些惊奇的现象 能否用上述分析方法来分析和解释这一特殊的反应 上述一系列问题,值得我们深思和再进一步探究.
启示之三,如今正处于教学改革的时代,对学生能力的培养迫在眉捷.笔者认为,在平时的教学中,多开展一些切合学生实际的有利他们能力培养的专题实验课,并能对实验中出现所有问题进行讨论和探索研究,对学生能力和教学质量的提高以及适应当今高考的选拔必定有很大的促进作用.