在化学实验中,钠(Na)作为一种活泼金属,常用于展示其与盐类溶液之间的反应特性。当钠投入硫酸铜(CuSO₄)溶液时,会发生一系列有趣的化学变化。这一过程不仅能够直观地观察到金属置换反应的现象,还能帮助我们理解金属活动性顺序表中的规律。
首先,钠会迅速与水发生剧烈反应,生成氢氧化钠(NaOH)和氢气(H₂)。这个反应释放出大量的热能,可能会导致未反应完的钠继续燃烧,产生耀眼的火花。其化学方程式为:
\[ 2Na + 2H₂O \rightarrow 2NaOH + H₂↑ \]
与此同时,生成的氢氧化钠会进一步与硫酸铜溶液发生复分解反应。在这个过程中,氢氧化钠中的氢氧根离子(OH⁻)与硫酸铜中的铜离子(Cu²⁺)结合,形成不溶于水的蓝色氢氧化铜沉淀(Cu(OH)₂)。而硫酸根离子(SO₄²⁻)则与钠离子(Na⁺)结合成可溶性的硫酸钠(Na₂SO₄)。具体反应如下:
\[ CuSO₄ + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ \]
综上所述,整个反应可以概括为钠先与水作用,再通过生成的氢氧化钠与硫酸铜发生复分解反应。最终产物包括氢氧化铜沉淀以及硫酸钠溶液。需要注意的是,在实际操作中,由于钠的活性极高且反应放热明显,应小心处理以确保安全。
此外,此实验还展示了金属活动性顺序的重要性。钠位于活动性非常强的位置,能够轻易地从盐溶液中置换出较不活泼的金属(如铜)。因此,通过此类实验,学生可以更深刻地理解金属置换反应的本质及其背后的理论基础。