氢氧化钠与硫酸铜反应验证质量守恒定律

用氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液的反应来验证质量守恒定律，是初中化学中非常经典且理想的示范实验。

因为它是一个无气体参加、无气体生成的沉淀反应，不需要在严格密闭的容器中即可直接演示验证。

在了解实验原理和步骤之前，可通过以下直观的实验视频，完整观察该实验的实际操作流程与反应现象：

实验操作与步骤

1. 称量反应前总质量（两液隔离放置） 在烧杯中倒入适量氢氧化钠（$\text{NaOH}$）溶液，另取一试管盛装少量硫酸铜（$\text{CuSO}_4$）溶液。将试管斜放入烧杯中（确保两溶液未混合），共同放在托盘天平上，加砝码并移动游码使天平平衡，记录天平读数 $m_1$。

2. 混合并引发反应 倾斜烧杯，使试管内的硫酸铜溶液与烧杯中的氢氧化钠溶液充分混合。

   • 实验现象： 溶液混合后，烧杯内立即产生大量蓝色絮状沉淀（$\text{Cu(OH)}_2$）。

3. 称量反应后总质量 将烧杯和试管重新放回天平托盘上。

   • 实验现象： 天平依然保持平衡，指针指向刻度盘中央，记录天平读数 $m_2$。

实验结论与微观解析

实验结论

反应前后总质量相等（$m_1 = m_2$），表明：化学反应前后，参加反应的各物质质量总和等于反应后生成的各物质质量总和，成功验证了质量守恒定律。

微观解析（守恒本质）

化学方程式： $2\text{NaOH} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{Cu(OH)}_2\downarrow + \text{Na}_2\text{SO}_4$

微观变与不变	详细表现
“三不变”（质量守恒根源）	反应前后原子的种类不变、原子的数目不变、原子的质量不变。
发生改变的部分	仅分子的种类和结合方式发生改变（$\text{Cu}^{2+}$ 与 $\text{OH}^-$ 重新结合形成沉淀）。

注意事项

• 为什么该实验不需要密闭容器？ 与“碳酸钙+稀盐酸”或“红磷燃烧”不同，该反应既没有气体参加，也没有气体生成。因此在敞口烧杯中进行，反应体系的质量也不会因气体逸散或空气成分加入而发生改变。

• 如果反应后加热烧杯会怎样？ 若对生成的蓝色沉淀进行加热，$\text{Cu(OH)}_2$ 分解生成黑色 $\text{CuO}$ 和水蒸气。如果水蒸气大量散失到空气中，天平就会失去平衡。因此验证质量守恒时仅需常温混合即可。