由新教材的变革探讨在水溶液中碳酸铜的存在性

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【摘要】本文根据新教材溶解性表中碳酸铜的变化，设计碳酸钠溶液和氯化铜溶液反应的实验，通过对实验现象的观察，理论分析，探究出水溶液中碳酸铜能否形成的实验结论。

【关键词】碳酸铜；氢氧化铜；水解；溶解度；，实验

1. 提出问题

现今，全国基本上所有的地区都开始使用新课改后的教材，对比新老教材，不论是在内容的排版，还是知识的框架结构都有巨大变化，但是有一个变化是不得不提的，就是在人教版附录《部分酸、碱、盐的溶解性表》中，CuCO3由原来的“不溶”变成了现在的“-”，认为在水溶液中不存在碳酸铜。那么，面对新教材对此物质溶解性认识的改变，到底在水溶液中存不存在碳酸铜呢？我们决定用实验来探究碳酸铜在水溶液是否存在。

2. 设计实验并提出假设

面对所提出的问题，我们设计了让氯化铜溶液与碳酸钠溶液反应的实验，这个实验结果可能有三种情况，分别是：

（1）氯化铜溶液与碳酸钠溶液发生复分解反应，生成碳酸铜沉淀。

（2）氯化铜溶液与碳酸钠溶液反应，溶液中的Cu2+和CO32-发生双水解生成氢氧化铜沉淀、二氧化碳和水。

（3）氯化铜与碳酸钠溶液反应，溶液中既有复分解反应生成碳酸铜沉淀，又有Cu2+和CO32-发生双水解生成氢氧化铜沉淀、二氧化碳和水。这样得到的沉淀为氢氧化铜和碳酸铜的混合物，即碱式碳酸铜Cu2（OH）2CO3。

3. 实验过程

为了观察实验现象及验证实验的准确性，我们进行了两个对比试验，一个是将氯化铜溶液缓慢滴加入碳酸钠溶液中至过量，另一个是将碳酸钠溶液缓慢滴加入氯化铜溶液中至过量，实验过程记录如下：

（1）将氯化铜缓慢滴加入碳酸钠溶液中至过量：

取一支洁净的试管，加入2～3ml 0.1mol/L碳酸钠溶液，用胶头滴管向其中加入2～3滴 0.1mol/L CuCl2溶液，观察实验现象，后继续滴加CuCl2溶液至过量，观察实验现象。

实验现象：有浅蓝色沉淀生成，当继续滴加CuCl2溶液到一定量时，不仅出现了浅蓝色沉淀，且生成了气体。

按常理推测开始滴入的2～3滴氯化铜溶液发生了化学反应Na2CO3 + CuCl2CuCO3+2NaCl，我们继续实验：把上述沉淀过滤，蒸馏水洗2～3次，取少量沉淀在一支试管中，向其中加入过量盐酸，观察实验现象。

实验现象：蓝色沉淀消失，无气体生成，溶液呈浅蓝色。

实验现象证明：沉淀不为CuCO3，因为CuCO3加入过量的盐酸后，（CuCO3+2HClCuCl2+CO2+H2O）沉淀会溶解，同时有气体生成，但实验中没有气体生成，所以得出结论沉淀不是CuCO3，那沉淀会是什么呢？让我们进一步从反应前溶液中的离子来分析一下生成的沉淀是什么。反应前溶液中的离子有Cu2+、H+、Na+、OH-、CO32-、Cl-，反应途径除了Cu2+与CO32-的复分解反应还有Cu2+与CO32-的双水解Cu2++CO32-+H2OCu（OH）2 +CO2，那么沉淀还有可能是Cu（OH）2，且Cu（OH）2加盐酸溶解不产生气体，这与以上实验事实相吻合，但是Cu2+与CO32-双水解会有气体生成，为何实验中没有气体生成呢？从CO32-的水解分析有可能是CuCl2量不足，H+的量相对较少，生成了HCO3-（CO32+ +H+ HCO3-），而不能进一步转化成H2CO3，分解成CO2和H2O。进一步做实验：继续滴加CuCl2溶液到一定量时，除了生成浅蓝色溶液外，也生成了气体（H++ HCO3-CO2+H2O）。实验现象证明溶液中Cu2+与CO32-之间发生了双水解反应，而不是复分解反应。

（2）将碳酸钠溶液缓慢滴加入氯化铜溶液中至过量：

取一支洁净的试管，加入2-3ml 0.1mol/L的氯化铜溶液，用胶头滴管向其中加入2～3滴 0.1mol/L碳酸钠溶液，观察实验现象，继续滴加碳酸钠溶液至过量，观察实验现象。

实验现象：有浅蓝色沉淀生成，同时还有大量的气泡生成。继续滴加碳酸钠溶液，也是此现象。

实验现象证明：在溶液中Cu2+与CO32-发生了双水解（Cu2++CO32-+H2O Cu（OH）2 +CO2）

继续实验：将上述实验中收集到的气体通入澄清的石灰水中，石灰水变浑浊。证明气体为CO2（CO2+Ca（OH）2CaCO3+H2O）。将实验中得到的蓝色沉淀过滤，蒸馏水洗2～3次，加入过量稀盐酸，蓝色沉淀消失，无气体生成，溶液为浅蓝色。说明沉淀是Cu（OH）2，不是CuCO3。

实验证明：在溶液中， Cu2+和CO32-发生双水解反应，而不是复分解反应。

4. 总结实验结果

通过以上实验操作，及实验现象观察、分析，我们得到结论：氯化铜溶液与碳酸钠溶液反应时，溶液中的Cu2+和CO32-发生双水解反应生成氢氧化铜沉淀、二氧化碳和水。在水溶液中CuCO3是不存在的。

5. 理论分析

为什么在溶液中CuCO3不存在？通过讨论，查找文献，我们得出以下理论分析：

（1）氢氧化铜的溶解度远远小于碳酸铜的溶解度。通过对物质溶解度的资料查找，我们得知，在20℃下氢氧化铜在水中的溶解度为1.722×10-6g/100cm3，而碳酸铜在水中的溶解度为1.462×10-4g/100cm3，相比较而言，氢氧化铜的溶解度要远小于碳酸铜的溶解度，所以在水中，Cu2+与CO32-的反应更趋向于水解，沉淀也更容易以氢氧化铜的形式存在。

（2）Cu2+与CO32-的反应由于生成的气体溢出，生成Cu（OH）2沉淀，使得生成物的浓度远小于反应物，这样促使水解反应向正反应方向进行，反应最终生成Cu（OH）2沉淀和CO2。

（3）文献资料显示，298K时，CuCO3（晶体）的Ksp=2.5×10-10，Cu（OH）2的Ksp=5.6×10-20，Cu（OH）2的Ksp远小于CuCO3（晶体）的Ksp，故溶液中Cu2+与CO32-的反应该是双水解反应，生成了氢氧化铜、二氧化碳和水。

（4）若0.100mol/l的CuCl2与0.100mol/l的Na2CO3反应，碳酸钠溶液的PH经过计算为11.6，其OH-的浓度为[OH-]=4.22×10-3mol/l，对于溶液中的Cu（OH）2来说，其离子积Q=0.100×（4.22×10-3）2=1.8×10-5，它的离子积远大于它本身的溶度积Ksp=5.6×10-20，故沉淀氢氧化铜肯定存在。

参考文献

[1]王文林.吴丽萍.从水溶液中能制取碳酸铜（Ⅱ）吗[J].化学教学.2005，（12）：60-61

[2]傅献彩 沈文霞 姚天扬.物理化学[M].上册，第四版[M].北京：高等教育出版社，1990.479

收稿日期：2013-02-20