氢气还原氧化铜实验改进实验.docVIP

第8组第五个实验 氢气还原氧化铜实验改进实验 一探究问题的提出 在九年义务教育初三化学教材第三章第四节中，关于氢气还原氧化铜的演示〔实验3一8〕，其最佳效果是反应后能在试管底部附着一层光亮的铜镜。但由于实验条件控制方面的问题，实验过程中出现两个不足的问题 ：一是现象不明显，黑色氧化铜往往是变成砖红色，而不是亮红色；二是反应时间较长才能使黑色完全转化，影响实验的效果和教学进度。在课堂上，教师常常因时间所限，只能将反应的中间产物——砖红色的氧化亚铜误作金属铜展示给学生。师专学生在进行教育实习时，课堂上也常常不能得到附着在试管底部的铜镜，而是粉末状、砖红色的氧化亚铜。如何在课堂上能快捷、成功地演示氢气还原氧化铜的实验我把实验作了改进。 二问题解决设想 原氢气还原氧化铜实验中，分析影响铜单质生成与生成质量的问题可能有，导管导入的氢气中含有酸性物质，所以即使我们通过通入大量生成的气体氢气赶走大试管中的氧气，氧化铜还是会与氢气中的酸性物质和水分发生反应，而变成离子的形式，即使通过氢气还原，这部分已经成为离子的铜离子也不能转化为铜单质啦。 其次，氧化铜分布的厚度，与氢气接触的面积大小也影响其还原效果。如果氧化铜与氢气接触的面积大，则其还原效果会更加好，更容易得到纯正的铜单质。 针对我们上面的两个分析，我们小组决定用先将硝酸铜溶液蒸干，再加热硝酸铜，使其受热分解，生成的氧化铜可以用于还原为铜。如果我们可以将硫酸铜溶液分布均匀并且很薄的附在试管壁上的话，那么可以推测生成的氧化铜必定是很薄的一层附在试管壁上，那么氧化铜与氢气接触面积会变大，则生成的铜单质也会更加有金属光泽。 三实验设计方案 实验原理 硝酸铜在170℃左右分解为氧化铜、二氧化氮和氧气： 2Cu(NO3)2 2CuO+ 4NO2↑ + O2↑ 可以通过以上反应制取CuO固体。 用锌粒与稀硫酸反应制备氢气： Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 氢气与CuO反应如下： CuO+H2 Cu+H2O CuO的生成热（156.8kJ/mol）远小于水的生成热（241.6 kJ/mol），所以CuO比较容易被氢气还原，该反应在室温时反应极慢，几乎不反应；在250℃以上时，反应能顺利进行。 实验用品 酒精灯 启普发生器 木垫 止水夹 铁夹 铁架台 橡胶皮 小试管 大试管 水槽 玻璃管 胶头滴管 橡胶管 挡风板 木条 火柴 锌粒 铜丝 硝酸铜 浓硫酸 硫酸铜 蒸馏水 实验装置 实验步骤 用硝酸铜自制氧化铜。向洁净试管中滴入2~3滴饱和硝酸铜溶液（或加入少量研细的硝酸铜晶体）边加热边稍稍转动，使硝酸铜均匀附着在试管内壁上，继续加热。由于硝酸铜分解，在试管内壁上附着一层黑色的氧化铜。 安装好启普发生器，检查装置气密性。 往启普发生器内加入约15g锌粒，注意不要让锌粒漏到半球体中。为此，可在球体与半球体之间加一带小孔的橡皮圈或放些玻璃棉、玻璃球。在球形漏斗中加入250mL 1:4的硫酸溶液（往硫酸溶液中滴加几滴2mol/L硫酸铜溶液），待用。 干燥管内置满干燥剂。先在球内出气口铺置一层脱脂棉，然后置入干燥剂（如氯化钙等），不要压实，再塞一层脱脂棉。 按图装配好装置，检查装置气密性。 开启启普发生器活塞，制取氢气。氢气进入小试管，估计小试管内空气排尽后，点燃酒精灯，加热氧化铜。用氢气还原氧化铜后，可得到光亮的铜镜。 当氧化铜完全被还原后，先熄灭酒精灯，继续通入氢气至冷却，然后停止通入氢气。 四实验过程记录 1在实验过程中加热硝酸铜溶液，发现试管中有黄色的烟雾生成，而绿色的硝酸铜溶液也逐渐颜色加深，变成了黑色。切记，试管中加入的硝酸铜溶液要少量，大约1-2ml，而且在加热的过程中，试管口要向下倾斜，不断的转动试管，使得溶液以较为薄的形态存在在试管壁上。 2制取氢气的装置要先检验气密性，在实验的过程中，我们发现我们的启普发生器气密性不是很好，生成的气体总是很少通过导管进入大试管，但是又找不到其他的可替代发生器，因此，我们选用了锌片作为反应物。制备氢气的过程中，我们发现锌片上有大量气泡生成，但是也有溶液被气泡赶着进入了导管，还好有干燥管，所以溶液存在与干燥管中，没有进入反应的大试管，分析原因，觉得是启普发生器中加入的酸太多的缘故。 3实验结束之后，我们发现得到的铜有金属光泽，是亮晶晶的红色，大部分分布的很均与，很漂亮，但是局部有瑕疵。 五相关问题探讨 氧化铜用量不可过多，最好事先将少量糊状的氧化铜涂在试管的内壁（只需一薄层），置于空气中干燥后再做实验。为保证实验的成功和安全，应该使氢气先通入（赶尽试管中的空气）后（试管冷却后）撤出。反应过后试管壁上的铜可以用少量硝酸煮沸，使之溶解而除去。 制取氢气常用的稀酸是稀硫酸，浓度约为3mol/L，如果用稀盐酸