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氢气还原氧化铜改进实验.doc 实验五:氢气还原氧化铜改进实验 20092401015 实验时间:单周周三上午 氢气还原氧化铜实验是初中一个典型的化学实验。传统的实验装置如下图(1)，在大试管底部铺一层薄的氧化铜粉末，用酒精灯加热把金属还原出来。通过这个实验的展开，可以让学生能从观上感受氢气的还原性。 但是，利用这个方法往往不能观察到亮红色。原因在于:一铜的状态是粉末状，细小颗粒因吸光较多而观察不到铜单质的光亮颜色;二由于部分氧化铜粉末接触不到氢气，在高温下容易转化为更稳定的氧化亚铜，呈砖红色。 为了让实验获得更准确的实验现象，我小组成员对“氢气还原氧化铜”实验进行改进，以期获得亮红色的铜单质。 图(1) 1 实验方案一: 1.1实验装置如图 图(2) 1.2实验原理: 1.3实验用品: 试管1支，干燥管一个，药匙一个，铜丝一条，棉花，酒精灯，硫酸(20%)，锌粒 1.4实验步骤: 1.4.1如上图(2)组装好仪器，取一两头带橡皮塞的导管，将一个铜质燃烧匙穿 1 在一橡皮塞上。 1.4.2将一根约7厘米长的细铜丝绕在笔杆上卷成螺旋状。(螺旋状长约2厘米) 1.4.3抽动燃烧匙使锌粒与稀硫酸反应，排尽仪器中的空气，同时将光亮的铜丝在酒精灯上加热到变黑。 1.4.4将加热到变黑的铜丝迅速伸入到球形干燥管中上部，观察变黑的铜丝能否变成光亮的红色。 1.5改进原因: 1、氧化铜覆盖在铜丝表面，直接与氢气接触，避免生成氧化亚铜。 2、实验后铜丝可以回收利用，节约药品。 3、实验不需要加热氢气，降低实验的危险性。 1.6实验结果: 将燃烧灼热的铜丝伸进干燥管中，一段时间后仍然看不见亮红色。 1.7失败原因: 1.7.1主要原因是温度不够高。铜丝虽然已经灼烧至红热，但是在转移到干燥管中时仍有热量的损失，且伸进干燥管后，未参与反应的氢气同时迅速带走了热量，使铜丝的温度达不到反应温度。 1.7.2铜丝比较细，即使反应生成Cu覆盖表面，现象也不明显，且铜丝与氢气接触面积较少，降低了氢气的利用率。 2 实验方案二: 2.1实验装置: 图(3) 2.2实验原理: 加热 H + CuO ==== Cu + HO 22 2.3实验用品: 大试管2支，小试管1支，大小胶塞若干，细玻璃管2根，毛笔1支，氧化铜粉末，蒸馏水，酒精灯，细乳胶管，止水夹，硫酸(20%)，锌粒 2.4实验步骤: 2.4.1将氧化铜粉末用蒸馏水稀释成糊状。 2.4.2用毛笔取糊状氧化铜，在小试管外壁上涂约2厘米长的氧化铜涂层，在酒精灯上烘干。 2.4.3将小试管装在大试管里面。 2.4.4将大管固定在铁架台上，用酒精灯在氧化铜涂层的下方加热大试管，当氧化铜变色后，移去酒精灯，继续通一会气，待试管冷却后，取出小试管，观察有 2 没有亮红色出现。 2.5改进原因: 将氧化铜调成糊状，覆盖在试管表面，大大地增大与氢气的接触面积，且氧化铜用量非常少，可以节省加热时间和氢气的用量。 2.6实验结果: 第一次加热一段时间后，大试管在加热处断裂;第二次加热许久仍不见亮红色。 2.7失败原因分析: 1、第一次加热大试管断裂是由于氧化铜涂层没有充分烘干，当酒精灯加热大试管时，涂层上的水分蒸发，造成大试管内壁受热不均引起断裂。 2、第二次加热很久仍不见亮红色的原因还是主要在于温度不够高，由于隔着氢气加热，氢气从排气管排走的同时也带走热量。 3 实验方案三: 3.1实验装置: 图(4) 3.2实验原理: 加热 H + CuO ==== Cu + HO 22 3.3实验用品: 大试管1支，小试管1支，大胶塞，导管若干，毛笔1支，氧化铜粉末，蒸馏水，酒精灯，细乳胶管，止水夹，硫酸(20%)，锌粒 3.4实验步骤: 3.4.1将氧化铜粉末用蒸馏水稀释成糊状。 3.4.2用毛笔取糊状氧化铜，在小试管内壁涂一层薄薄的氧化铜，在酒精灯上烘 3 干。 3.4.3将试管固定在铁架台上，用酒精灯在氧化铜涂层的下方加热试管，变色后，移去酒精灯，继续通一会气，待试管冷却后，取出试管，观察有没有亮红色出现。 3.5改进原因: 3.5.1经过前两个方案的失败，发现实验的关键在于能否达到足够高的温度。因此，本方案对方案二进行修正，将氧化铜涂层直接涂在试管底部，加热试管，热量隔着试管壁直接到达氧化铜。 3.5.2将氧化铜调成糊状，覆盖在试管底部，大大地增大与氢气的接触面积，且氧化铜用量非常少，可以节省加热时间和氢气的用量。 3.6实验结果: 试管底部出现明显的亮红色。如下图: 图(5) 3.7实验成功原因分析: 3.7.1成功关键一:温度达到足够高。隔着试管壁对氧化铜进行加热，温度升高很快。 3.7.2成功关键二:氧化铜涂层薄而覆盖面较大。涂层薄，氧化铜才能都接触到氢气，避免氧化铜高温分解为氧化亚铜，成砖红色;涂层覆盖面广，才能观察到一片明显的亮红色。 3.7.3成功关键三:涂层后要充分烘干水分。由于实验温度较高，而试管壁薄，若没有充分烘干水分，在加热过程中水被蒸发，可能导致试管底部冷热不均而破裂。 3.8实验不足之处: 3.8.1不足一:耗时过长。本实验若要在中学课堂演示，则时间最好控制在5分钟之内，但若要出现明显的亮红色，则起码要10分钟。因此，若要将本方法运用于课堂，则涂层还要更薄一些，且需要事先烘干氧化铜，以减少实验时间。 3.8.2不足二:粘附在试管壁上的铜难以清洗。实验结束后，若需清洗试管中的铜，则需要用王水去溶解，造成清洗困难。 3.8.3不足三:消耗较多的氢气。本实验加热前后都得先通氢气，但是并没有实现氢气的尾气吸收，导致较多氢气通入空气，造成污染。尤其在中学生都在做这个实验时，便有更多的氢气充斥着教室(或实验室)，而实验需要加热，这就进一步增加了教室和实验室的不安全隐患。 4 4 实验后的自我与评价: 本实验为中学的改进实验，实验内容都是非常简单的，但是在改进期间却遇到了不少的问题，经历了失败——失败——失败——成功，导致花了挺长一段时间才能改进成功。但是，也正正因为实验不容易成功，考验并培养了我们的反应能力和思考能力，让我获益匪浅。 本次实验让我感触最深的是——“尽信书，不如无书”，尽管实验的方案是查阅文献得来的，但是在实践过程中却发现很多方法都行不通。因此，难得的不是查资料的能力，而是在实践过程中发现问题，分析问题和解决问题的能力。 在中学中如果需要运用到这个实验，对于方案三，为了保证实验时间不会过长，建议在上课前先将氢气产生装置组装好(最好是可以随开随停的装置)，以及将糊状的氧化铜事先铺好在试管底部(为节省时间，氧化铜涂层必须尽量薄)，并加热烘干好，这样能够节省时间。另外，为了形成鲜明的对比，可事先准备好两支已经铺好氧化铜的试管，实验后将还原后的试管及没反应的试管放在一起作对比，还可以将两支试管放在学生中传阅。 参考文献: [1]李德前.“氢气还原氧化铜”实验新.中小学实验与装备.2004.14(71):33. [2]韩永辰.氢气还原氧化铜实验的改进.教学仪器与实验.1994.6(1). .氢气还原氧化铜实验的改进.化学教育.1998.12. [3]邱春瑞 5