Question

老师在分析金属和盐溶液反应时指出在金属活动性的顺序里,位于前面的金属能把排在后面的金属从它们的盐溶液中置换出来，但钾、钙、钠除外。李明同学很好奇,于是做了钠与硫酸铜溶液反应的实验。

（进行试验）

一块4.6g的金属钠，放入盛有一定量硫酸铜溶液的烧杯中,发现金属钠浮在液面上不停打转，产生大量气体,烧杯发烫，溶液中出现了蓝色絮状沉淀,并没有出现紫红色的铜，一会儿，部分沉淀逐渐变黑。充分反应后,冷却过滤，得到滤液是无色。

（提出问题）

金属钠与硫酸铜溶液反应后的产物是什么?无色滤液的成分是什么?

（查阅资料）

(1)①钠能与水反应生成一种碱，同时放出气体。

②氢氧化铜受热至60℃ ~80℃变暗,温度过高时分解为相应的金属氧化物和水。

（实验探究1）探究生成的气体是什么?

李明同学将上述实验药品放入锥形瓶中，立即塞上带导管的单孔塞,将导管通入肥皂水中，将燃着的木条靠近飘起的肥皂泡，有爆鸣声。说明生成的气体是____________。

（实验探究2）探究沉淀的成分是什么?

（猜想与假设）沉淀中有Cu(OH)₂和CuO，还可能含有Cu。

（实验验证）

实验步骤	实验现象	结论
将锥形瓶内反应后过滤所得滤渣放入烧杯内，并加入足量的______	_________	沉淀中没有Cu

（实验结论）

通过实验,李明同学得出结论:钠加入硫酸铜溶液会先与水反应,生成的碱再与硫酸铜反应生成氢氧化铜。写出生成的碱与硫酸铜反应的化学方程式______________。

（实验探究3）滤液的成分是什么?

通过分析,李明同学得出:所得的无色滤液中一定含有硫酸钠,还可能含有______________。

若要证明是否含有该物质，只需向无色滤液中滴加______________ (填物质名称)观察现象即可获得结论。

（反思与交流）

(1)出现黑色物质的可能原因是______________。

(2)设计一个简单实验证明硫酸铜溶液显蓝色是由Cu²⁺引起的。你的方案是______________。(要求写出实验步骤和现象)

(3)钠完全反成后，所得无色滤液中硫酸钠的质量若用a表示，则a的取值范围是______________。

Answer

氢气 稀盐酸 滤渣全部溶解，溶液变成蓝色 氢氧化钠 无色酚酞试液 钠与水反应产生大量的热，使氢氧化铜受热生成氧化铜 用试管取少量的蓝色硫酸铜溶液，滴加适量的氢氧化钠溶液，振荡，静置，产生蓝色沉淀，溶液变成无色

【解析】

[实验探究1]

将导管通入肥皂水中，将燃着的木条靠近飘起的肥皂泡，有爆鸣声。说明该气体密度比空气小，且有可燃性，则生成的气体是氢气。

[实验验证]

将锥形瓶内反应后过滤所得滤渣放入烧杯内，并加入足量的稀盐酸，已知氢氧化铜和氧化铜都能溶于盐酸，而铜不溶于盐酸，观察到沉淀全部溶解，溶液变成蓝色，则沉淀中没有铜。

[实验结论]

钠与水反应，生成氢氧化钠和氢气，氢氧化钠再与硫酸铜反应生成氢氧化铜和硫酸钠。氢氧化钠与硫酸铜反应的化学方程式为：。

[实验探究3]

分析所得的无色滤液中一定含有生成的硫酸钠，还可能含有剩余的反应物，由于溶液呈无色，所以溶液一定不含硫酸铜，可能还含有氢氧化钠。如果溶液中含有氢氧化钠，则溶液呈碱性，所以只需向无色滤液中滴加无色的酚酞试液，观察现象即可获得结论。

[反思与交流]

(1) 根据资料：氢氧化铜受热至60℃ ~80℃变暗,温度过高时分解为相应的金属氧化物和水。钠与水反应产生大量的热，使氢氧化铜受热生成氧化铜，固体变成黑色。

(2)硫酸铜溶液中含有铜离子、硫酸根离子和水分子，用实验证明溶液显蓝色是由Cu2+引起的，实验方案是：用试管取少量的蓝色硫酸铜溶液，滴加适量的氢氧化钠溶液，振荡，静置，产生蓝色沉淀，溶液变成无色。溶液中铜离子转化为沉淀，溶液中没有铜离子，但还有水分子和硫酸根离子，溶液变成无色，证明硫酸铜溶液显蓝色是由Cu2+引起的。

(3)钠完全反成后，所得无色滤液，说明硫酸铜溶液已完全反应，那么由钠生成的氢氧化钠可能完全反应，也可能没有完全反应，还有剩余。当氢氧化钠恰好完全反应时生成硫酸钠的质量a为：

当氢氧化钠没有完全反应，则生成硫酸钠的质量a小于14.6g，则a的取值范围是。