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  蜀麓耕夫者, 山野之间一散人也。朝饮一杯清茶, 夜酌二两小酒。闲来读数页诗书, 兴至诌两句心得。望日升月落, 观云卷云舒。虽在王化之内, 不在名利之中。

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【原创】实验研究15——木炭还原氧化铜  

2009-05-31 10:06:36|  分类: 实验研究 |  标签: |举报 |字号 订阅

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探究实验设计十五:

木炭还原氧化铜

1.化学反应原理:

碳在高温下具有较强的还原性,能将氧化铜等金属氧化物还原成金属,本身氧化成二氧化碳。

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产生的二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。

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2.实验仪器:试管、酒精喷灯、铁架台、导管等。

实验药品:木炭粉、氧化铜等。

3.探究方案:

将木炭烘干,研碎,并与氧化铜粉末混合均匀,小心地铺放在试管底部。将试管固定在铁架台上,试管口装有通入澄清石灰水的导管,如图15-1所示。用酒精喷灯加热(若无酒精喷灯,可在酒精灯灯芯部位套一个铁丝做成的网罩,以提高酒精灯加热的温度)。一段时间后,可见澄清石灰水变浑浊,氧化铜由黑色逐渐为成光亮的紫红色。

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4.探究评价:

完成该实验的难度较大,该实验反应速率较慢,需要的温度较高。因此,要完成该实验,一是反应物的量要尽可能少,二是温度要足够高。而温度一高,玻璃试管可能被熔化烧穿。

要完成该实验要注意以下几点:

⑴ 氧化铜与碳的配比:由化学方程式计算,氧化铜与碳的质量比应当是13∶1,在实际操作中,氧化铜粉与炭粉的质量比以限制在(9~13)∶1的范围内效果较好。比例过高,氧化铜不能完全反应,现象不明显;比例过低,碳粉有剩余,遮盖了铜的紫红色。

⑵ 反应物要研细混匀。为了使氧化铜和木炭这两种反应物充分接触,要把刚烘烤过的木炭放在研钵中研细,再加入氧化铜,一起混匀,能否混合均匀是本实验成败的关键之一。

5. 资源开发:

⑴ 用铜丝代替氧化铜实验。取粗铜丝一根,弯成螺旋状在酒精灯外焰上灼烧,使其表面氧化成氧化铜。将表面氧化的铜丝放入试管内,再加入烘干研碎的木炭粉,使螺旋状铜丝埋在木炭粉内,塞上带导管的橡皮塞,导管另一端伸入澄清石灰水中。用带网罩的酒精灯加热。一会儿后,澄清石灰水变浑浊。充分加热后,停止加热。待冷却后,取出铜丝,铜丝表面黑色变成了光亮的紫红色。

⑵ 为了缩短实验时间,可以在课前用水把混匀的氧化铜和木炭粉调成糊状,用玻璃棒把糊状物均匀涂在薄壁试管底部内壁上,晾干后进行还原操作。由于反应物的量少,反应需要的时间短,加热一会儿后,就可以在试管内壁可见紫红色的铜镜出现。

6.创新思维

⑴ 用新制氧化铜进行实验。往试管里放入少量硝酸铜晶体,在通风橱中加热使其熔化,一边转动试管,一边继续加热,直至试管底部形成均匀的氧化铜薄层;然后,把刚烘烤过并研细的木炭粉倒入,并高出氧化铜薄层1 cm~2 cm,按图15-2所示装置好。用带有网罩的酒精灯加热,经4 min~5 min后,可见黑色氧化铜薄层变成光亮的铜镜,盛有石灰水的试管里产生白色沉淀。

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⑵ 要做好该实验,必须能使学生同时看到三种不同的现象:① 有能使澄清石灰水变浑浊的气体二氧化碳生成;② 反应明显放热;③ 有块状或海绵状的紫红色金属铜产生。因此,无论是炭过量还是氧化铜过量,最终都会有黑色物质混杂在生成物中,不易观察到紫红色的金属铜。

为此,成功的关键是氧化铜与木炭的配比。经很多老师的研究,若用市售的木炭(含杂质),木炭与氧化铜的配比宜为1.0∶10.6。这个比例既考虑到了木炭中的杂质,同时又能保证氧化铜完全被还原,能十分可靠地获得紫红色金属光泽的铜产生。

做该实验时,还要注意到实验结束后,试管冷却不能吸入澄清石灰水,防止试管骤冷而炸裂;新生成的铜能保存在二氧化碳的惰性环境中冷却,不被空气中的氧气氧化而影响观察实验结果。在实验设计上,可按图15-3所示的装置进行实验。

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用该方法实验时,可用酒精灯(可不用喷灯)先均匀加热整个试管,然后集中火力加热试管底部,随着反应的进行,生成的二氧化碳使石灰水变浑浊。待管底反应物开始红热时,应迅速移去酒精灯。剧烈的反应,在几秒钟内很快蔓延到管内所有的反应物。全部实验过程可以在1~2 min内完成。学生不仅可以十分清楚地观察到反应过程中全部的现象,还能看到有金属学泽的紫红色的块状或海绵状的铜。

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