新制氢氧化铜悬浊液与葡萄糖溶液反应的产物颜色变化的探究

新制氢氧化铜悬浊液与葡萄糖溶液反应的产物颜色变化的探究

孙硕

孙硕山东省青岛第九中学高三8班266000指导老师林映霞张力

化学教学课本中，新制氢氧化铜悬浊液与葡萄糖溶液，在加热的条件下，产生砖红色沉淀。如果改变反应条件，会有溶液颜色发生变化？我的猜想是随着硫酸铜溶液的逐滴滴加，溶液颜色会加深。于是，我配置出氢氧化钠溶液、硫酸铜溶液以及葡萄糖溶液，将葡萄糖溶液加入氢氧化铜悬浊液中后，逐滴滴加硫酸铜溶液，观察溶液的变化。以期达到探究所得产物所在分散系的颜色随硫酸铜溶液逐滴滴加的变化的试验目的。实验方案或设计通过对同一溶液逐滴滴加硫酸铜溶液以及改变氢氧化钠溶液浓度的方法控制氢氧化铜悬浊液的浓度的变量。我的结论:由于葡萄糖为多羟基醛，与硫酸铜的浓度配比不同可产生不同的分散系颜色，该颜色的差别应该是溶液中溶质成分的浓度不同和少量的固体杂质造成的。

一、问题的引入与实验方案的制定

新制氢氧化铜悬浊液与葡萄糖溶液在加热的条件下，由于醛基具有还原性，从而发生氧化反应产生砖红色沉淀。联想到乙醇与稀硫酸在170℃时生成乙烯和水，然而在将温度降低至140℃时产生乙醚与水。基于此，如果改变新制氢氧化铜悬浊液与葡萄糖溶液的反应条件，会有什么现象？于是我控制了氢氧化铜悬浊液的浓度变量，设计实验进行了探究。

二、实验方法

我到青岛市四方区金华路62号化学试剂公司，购买了两瓶氢氧化钠固体、两瓶硫酸铜固体，并在药店购买一袋葡萄糖粉。

步骤1：配制3mol/L氢氧化钠溶液300ml、2mol/L葡萄糖溶液50ml以及1mol/L硫酸铜溶液100ml。

步骤2：在温度为40℃的10mlNaOH溶液中滴加5滴硫酸铜溶液，产生黑色沉淀，将此沉淀编号为沉淀1。滴加2ml葡萄糖溶液充分摇匀，溶液变为橙黄色，将此试剂编号为试剂1,呈橙黄色。静置30s，滴加5滴硫酸铜溶液，颜色加深。再滴加5滴、5滴，颜色无明显变化。

步骤3：室温下，另取10ml氢氧化钠溶液，滴加6滴硫酸铜溶液，滴加2ml葡萄糖溶液，立刻放入冰水中冷却25s，溶液产生分层，将其摇匀，滴加10滴硫酸铜溶液，溶液由红色变褐色，静置短时，溶液变深紫红色，将此试剂编号为试剂5,呈深紫红色。

步骤4：室温下，另取10ml氢氧化钠溶液，滴加5滴硫酸铜溶液，变为蓝絮状悬浊液，滴加2ml葡萄糖溶液，试管壁变热，表明该反应为放热反应，多次滴加5滴硫酸铜溶液，则呈赭石色，将此试剂编号为试剂2。

步骤5：室温下，另取10ml氢氧化钠溶液，滴加3滴硫酸铜溶液并滴加2ml葡萄糖溶液，震荡，溶液变为红色，继续滴加硫酸铜溶液，试剂颜色加深，将这些试剂分别编号为试剂3,呈西瓜红色；试剂4,呈棕红颜色。

步骤6：室温下，改变氢氧化钠溶液物质的量浓度为1.25mol/L。取10ml氢氧化钠溶液，滴加5滴硫酸铜溶液并滴加少量葡萄糖溶液，震荡，溶液变为绛蓝色，将此试剂编号为试剂6,呈绛蓝色。继续摇匀，出现墨绿色溶液。不停地慢慢地滴加硫酸铜溶液，最终出现绛紫色溶液，将此试剂编号为试剂7,呈绛紫色。

步骤7：室温下，将所有试管放置于暖气片旁(暖气片温度为34℃,基本恒温)，缓慢加热，静置4天。

步骤8：室温下，2月10日夜，部分试管底部的沉淀出现分层，由下至上蓝色沉淀、绿色沉淀、砖红色沉淀。绿色沉淀愈来愈深，上层分别出现蓝色溶液、淡黄色溶液。

经过甄别，我选取了编号分别为2、4、7的三个具有代表性的试管，将不同颜色的沉淀分离出来，在青岛中科院海洋研究所帮忙做了XRD鉴定成分。

三、实验结果

鉴定的结果：于2月20日，实验药品检测报告出来，发现只有氧化亚铜与铜。

XRD鉴定结果图

四、反思与验证实验

根据结果我进一步思考：为什么变量不同，沉淀的成分基本一致，分散系的颜色却有如此的差别？是沉淀中的少量杂质造成的？于是在2月18日上午进行实验。混合静置2天，溶液变为棕偏黑的色，猜测为可能为氧化铜、氢氧化铜、氧化亚铜及硫酸铜是按照一定比例混合而成，于是在同一地点买来一瓶铜、一瓶氧化亚铜进行实验。将氧化亚铜与铜按3:2的比例混合，并制成分散系，将此试剂编号为试剂2,呈褐色，静置2天，颜色与其相似,结果见图片试剂8。

五、我的推断

根据XRD的检测结果和我的后期实验对照，我得到如下结论：新制氢氧化铜悬浊液与葡萄糖溶液的反应现象随反应条件的变化而变化。反应体系中,反应物的量不是按照化学计量比加的,反应物的量不确定,PH值是变化的，造成反应产物的不同而表现为现象的变化。醛基被新制的氢氧化铜悬浊液氧化，其产物的成分以氧化亚铜为主，但由于葡萄糖为多羟基醛，与硫酸铜的浓度配比不同可产生不同的分散系颜色，该颜色的差别应该是溶液中溶质成分的浓度不同和少量的固体杂质造成的。新制氢氧化铜悬浊液与葡萄糖溶液发生反应时，葡萄糖溶液与硫酸铜溶液的配位取代反应与葡萄糖溶液同时反应，醛基被新制的氢氧化铜悬浊液氧化的反应原理没有受到影响，配位作用和与空气中的二氧化碳的作用会使分散系的颜色发生变化。由于硫酸铜浓度变量引起的结果是：随着硫酸铜溶液的滴加，葡萄糖溶液与硫酸铜溶液的浓度差逐渐变化，随着硫酸铜溶液浓度的增大，配合物[CH2OH(CHOH)4COOH]2Cu的浓度增大，[CH2OH(CHOH)4COOH]2Cu的绛蓝色和氧化亚铜的砖红色组合，使分散系的颜色趋向于蓝紫色。由于与空气中二氧化碳作用时间的变量引起的结果是：随着与空气中二氧化碳作用时间的增长，沉淀中Cu2(OH)2CO3的比例增大，Cu2(OH)2CO3的绿色和氧化亚铜的红色组合使分散系的颜色趋向于黑色。

六、理论支持

那些黑色、橙色、等物质是什么？

经过查阅有机化学一书得知：

砖红色沉淀为氧化亚铜：CH2OH(CHOH)4CHO(葡萄糖)+2Cu(OH)2→CH2OH(CHOH)4COOH+Cu2O+2H2O。

蓝色溶液是葡萄糖酸与氢氧化铜发生配体取代反应，产生有机金属配合物：2CH2OH(CHOH)4COOH+Cu(OH)2→[CH2OH(CHOH)4COOH]2Cu+2H2O。

将氢氧化铜长时间放置于空气中，与空气中的CO2反应，生成铜锈：2Cu(OH)2+CO2=Cu2(OH)2CO3+H2O。

七、结论

葡萄糖是多羟基醛，多个羟基与醛基作为配位，硫酸铜水溶液具有4个水分子，二者均是配位化合物。在两种配体间配位能力相差不大的情况下，可加入其中一种配体来产生浓度差，从而进行取代反应，形成配位化合物，新配体配位能力很强时，不需要过量的新配体就能得到稳定的新配合物。

参考文献

[1]罗琴慧等配位化学[M].北京科学出版社，2012，（3）：307。

[2]刘伟生主编配位化学[M].北京化学工业出版社，2013，（1）：95。