【试剂】
硫酸铜、酒石酸钾钠、过氧化氢3%。
【步骤】
1. 配制60ml 1mol/L的酒石酸钾钠溶液。为了便于计算,我们可以称取28.2g酒石酸钾钠,用100ml水溶解。然后,取其中的60ml溶液做这个实验。
2. 称取2.5g硫酸铜,用10ml水配成溶液待用。
3.将60ml酒石酸钾钠溶液和40ml过氧化氢3%混合,然后放到磁力搅拌器上,加入转子并开始加热。同时在溶液中放好温度计,以便随时监测溶液的温度。
4.当溶液的温度达到50℃时,打开磁力搅拌器开始搅拌。同时,加入1ml在前面配制的硫酸铜溶液,然后观察现象。可见溶液中开始冒出大量的气泡,而颜色也由蓝色变成了金色,然后慢慢变深。
5. 再次量取40ml过氧化氢3%加入已经变色的溶液中,溶液会再次变蓝,过一段时间后重新变成金色。通过不断添加过氧化氢3%,这样的过程大约可以重复3次。
【原理】
酒石酸钾钠中所含有的酒石酸根是一种用于和铜离子发生配合的常用物质。它在和铜离子发生配合之后会生成绛蓝色的酒石酸铜,这也就是为什么我们在溶液中只加入了1ml硫酸铜就能看到那么明显的蓝色。
我们分两步解释这个过程。对于整个溶液来说,50°C是一个临界温度。在这个温度以上,铜离子会氧化酒石酸根,同时自身被还原成+1价,生成氧化亚铜。这便是溶液的颜色由蓝色变为金色并逐渐加深的原因。遗憾的是,关于这一步的具体过程,目前科学界还没有一个完整的统一定论,所以我们并不能写出一个具体的方程式。
接下来,当我们重新加入过氧化氢的时候,过氧化氢会将+1价的亚铜离子重新氧化到+2价的铜离子,所以蓝色就
又变回来了。而这个加入溶液的过程相当于降温,因此溶液的蓝色可以保持一小段时间,当温度再次升高到50°C的时候,第一个反应便再度发生了。
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