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张老师在他的博客C3H3中介绍了一道以胆矾晶体（CuSO4·5H2O）加热失水为内容的试题。关于胆矾的晶体结构与失水的问题，不同资料有写不同的说法。下面举几个例子。 （1）中国地质博物馆的网上资料有以下说明： 晶体结构：CuSO4·5H2O晶体结构中，Cu离子呈八面体配位，为四个H2O和两个O所围绕。第五个H2O与Cu八面体中的两个H2O和[SO4]2+中的两个O连接，呈四面体状，在结构中起缓冲作用。 差热曲线分析：差热曲线在185℃时出现显著的吸热谷。310℃时出现较小的吸热谷，是由于脱水引起的。当加热至805℃和875℃时出现两个连续的吸热谷是由于脱失硫酸根引起的。 （2）一些高校无机化学教材用类似如下的简单平面结构式表示CuSO4·5H2O的结构。  教材还说明，胆矾加热至375K先失去上图左边的2个非氢键水，到423K又失去上图右边所示的（标号3、4）的2个水分子，加热到523K失以氢键与硫酸根结合的水。 （3）《中学百科全书-化学卷》（97年版）对CuSO4·5H2O结构的说明是： 4个水分子以平面四边形配位在铜离子周围，第5个水分子以氢键把硫酸根中的氧原子和铜离子配位的水分子结合在一起。 按这一说明，结构图式可以用广东09年高考化学试题27所引用的下列结构示意图表示：
该资料还说明，胆矾加热至102℃先失去2个水分子，到113℃又失去2个水分子，加热到258℃再失去一个水分子。 （4）还有一些网上资料提供了其他说法，如：五水硫酸铜在常温常压下很稳定，不潮解，在干燥空气中会逐渐风化，加热至45℃时失去二分子结晶水，110℃时失去四分子结晶水，150℃时失去全部结晶水而成无水物。无水物也易吸水转变为五水硫酸铜。 对几个资料做比较分析，可以看到，几个资料都说明胆矾晶体（CuSO4·5H2O）中4个水分子与铜离子以配位键结合，另一个水分子以氢键分别与硫酸根离子、与铜离子配位的水分子结合。 由于5个水分子在晶体中结合方式不同，因此加热失水所需要的温度也不同，只与铜离子以配位键结合的2个水分子先失去，与铜离子以配位键结合又以氢键与第5个水分子结合的2个水分子在更高一些的温度下失去，最后失去的是以4个氢键与硫酸根离子、配位水结合的第5个结晶水。 区分胆矾晶体（CuSO4·5H2O）中的结晶水分子是以是晶体失水时所克服的作用力大小区分3种，还是以是否与铜离子形成配位键结合区分为2种，都可以说的通。但是，如果不讲前提条件，只说CuSO4·5H2O中5个水分子可以分几种，就让人为难了。 附录： 1、CuSO4·5H2O的空间结构式是怎样的？为什么说浓硫酸使硫酸铜晶体变白是吸水性，不是脱水性？ 答：CuSO4·5H2O俗称胆矾。CuO和H2SO4或Cu和浓H2SO4作用均可得蓝色晶体，CuSO4·5H2O。其中四个分子H2O和Cu2+配位，另一个H2O分子通过氢键和SO42-相连，温度升高，逐步脱水。脱水就是浓硫酸能使蔗糖、淀粉、纤维素等物质失水碳化，并不是因为浓硫酸吸取了有机物内部所含有的水分（结晶水），而是把组成有机物成分里的氢、氧元素的原子按2:1的比率（水的组成比）从有机物里夺取出来，形成硫酸的水合物，同时剩下有机物组成中的碳。对浓硫酸来说，它起了脱水作用，对有机物来说，则发生了碳化现象。而硫酸铜晶体中的水它是以一种结晶水的形式而存在的，并不是不存在氢元素和氧元素以水而存在的形式。所以，浓硫酸使硫酸铜晶体变白是吸水性。 2、结晶水合物 许多物质从水溶液里析出晶体时，晶体里常含有一定数目的水分子，这样的水分子叫做结晶水。含有结晶水的物质叫做结晶水合物。 结晶水合物里的水分子属于结晶水合物化学固定组成的一部分。 水合物含一定量水分子的固体化合物。水合物中的水是以确定的量存在的，例如无水硫酸铜CuSO4的水合物的组成为CuSO4·5H2O。水合物中的水有几种不同的结合方式:一种是作为配体，配位在金属离子上，称为配位结晶水；另一种则结合在阴离子上，称为阴离子结晶水。例如CuSO4·5H2O加热到113℃时，只失去四分子水。只有加热到258℃以上，才能脱去最后一分子水。由此可见，4个水分子是作为配体配位在铜离子上的，即[Cu(H2O)4]2+；另一个水分子则结合在硫酸根上。一般认为，一个水分子通过氢键与硫酸根中的氧原子相连接的。CuSO4·5H2O按水分子的结合方式，其结构式可写成[Cu(H2O)4][SO4(H2O)]。许多其他水合硫酸盐晶体如FeSO4·7H2O、NiSO4·7H2O、ZnSO4·7H2O等，均有相同的结合方式。 在过渡金属的水合物中，相同组成的水合物往往由于其中的水分子的结合方式不同而使其性质发生变化。例如无水三氯化铬呈红紫色；其水合物为暗绿色晶体，实验式为CrCl3·6H2O。经实验证明，6个水分子中只有4个水分子和2个氯离子作为配体与铬离子结合在内界〔Cr(H2O)4Cl2]+，不论在晶态或在水溶液中均稳定存在，因此，这种水合物的结构式可写成[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O。如将暗绿色晶体的溶液冷却至0℃以下并通入氯化氢气体，则析出紫色晶体，其结构式为[Cr(H2O)6]Cl3。将紫色晶体的溶液用乙醚处理并通以氯化氢气体，就析出一种淡绿色晶体，其结构式为〔Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O。 水也可以不直接与阳离子或阴离子结合而依一定比例存在于晶体内，在晶格中占据一定的部位。这种结合形式的水称为晶格水，一般含有12个水分子。有些晶形化合物也含水，但无一定比例。例如沸石和其他硅酸盐矿物。一些难溶的金属氢氧化物实际上也是水合物。 结晶水合物 许多物质从水溶液中结晶析出时，晶体里常结合有一定数目的水分子。 例如：硫酸铜从水溶液中结晶析出时，所形成的晶体的化学式为CuSO4·5H2O，硫酸钠从水溶液中结晶析出时，所形成的晶体的化学式为Na2SO4·10H2O。 我们把含有结晶水的物质叫做结晶水合物。 下面我们来看看比较常见的结晶水合物及它们的俗名和它们的化学式： 结晶水合物 俗名 化学式 五水硫酸铜 胆矾（或蓝矾） CuSO4·5H2O 二水硫酸钙 石膏 CaSO4·2H2O 七水硫酸亚铁 绿矾 FeSO4·7H2O 十二水硫酸铝钾 明矾 KAl(SO4)2·12H2O 十水硫酸钠 芒硝 Na2SO4·10H2O 晶体里所含的结晶水一般都不很稳定，加热时，容易失去。 实验现象：蓝色的硫酸铜晶体受热后失去结晶水，变成白色无水硫酸铜粉末。 在无色硫酸铜粉末中滴入少量水，白色粉末变成蓝色晶体，并有明显的放热现象。 我们可以根据上面的实验的原理来检验水的存在。 有的结晶水合物在室温和干燥的空气里，能自动失去部分或全部结晶水，这种现象叫做风化(Efflorescence)。例如，在室温时，碳酸钠晶体(Na2CO3·10H2O)放在干燥的空气中，会逐渐失去结晶水而变成粉末。有的晶体能自动吸收空气中的水蒸气，而在表面逐渐形成溶液，这种现象叫做潮解(Deliquescent)。例如，氯化钙和氢氧化钙固体在空气中都很容易潮解。但也有些物质的晶体里不含结晶水，如食盐、硝酸钾晶体等。 |
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