木炭還原氧化銅

木炭還原氧化銅（韋春莉10111550109）在加熱的條件下，木炭能夠從氧化銅里把銅置換出來(lái)。這是向初三學(xué)生揭示碳具有還原性的重要的演示實(shí)驗(yàn)。中學(xué)化學(xué)課本對(duì)這一實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)物具體用量，實(shí)驗(yàn)步驟和操作方法，都沒有詳細(xì)說(shuō)明，經(jīng)驗(yàn)不足的教師很難掌握。人們對(duì)木炭還原氧化銅實(shí)驗(yàn)的研究表明：影響該反應(yīng)的因素涉及多方面。而我們小組繼續(xù)探索此實(shí)驗(yàn)是希望在一般條件下，找出影響該實(shí)驗(yàn)的最關(guān)鍵的因素，從而簡(jiǎn)化操作，提高實(shí)驗(yàn)成功率。實(shí)驗(yàn)控制在以下條件進(jìn)行：①反應(yīng)物純度相同；②反應(yīng)物研磨細(xì)、混合均勻；③試管用普通大試管。我們主要對(duì)反應(yīng)物是否干燥、反應(yīng)熱源以及稱取炭的質(zhì)量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響進(jìn)行研究。我們小組一共進(jìn)行了五次實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)對(duì)這五次實(shí)驗(yàn)分別做總結(jié)反思。實(shí)驗(yàn)一：試管規(guī)格：20X150ram硬質(zhì)試管反應(yīng)物：木炭粉氧化銅粉末Me：MCu=l：7反應(yīng)物顆粒大?。貉心ズ芗?xì)（肉眼觀察無(wú)小炭粒反光）混合物質(zhì)量：4克堆積形式：用玻璃棒把混合物鋪在試管底部并輕輕壓實(shí)熱源：酒精燈加熱時(shí)間：5分鐘反應(yīng)時(shí)間：無(wú)實(shí)驗(yàn)操作：1、烘干炭粉：放在蒸發(fā)皿中用酒精燈焰加熱，邊加熱邊攪拌，直到不再有黑色粉塵上吹時(shí)，繼續(xù)加熱十分鐘，即可看到有紅色燃燒點(diǎn)（如圖一），此時(shí)可停止加熱。（圖一，炭粉烘干的標(biāo)志：出現(xiàn)紅色燃燒點(diǎn)）2、烘干氧化銅，除去其中的水，大約烘五分鐘。3、用天平稱取烘干后的0.5克木炭粉和3.5克氧化銅粉末混合研細(xì)至粘研缽壁為止。4、將混合物放入干燥試管中并堆積壓實(shí)。按教材裝好儀器。

5、用酒精燈預(yù)熱后集中對(duì)試管底部加熱。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：正常情況下，加熱到兩分鐘左右就應(yīng)該能觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（試管底部出現(xiàn)熔巖狀物質(zhì)，繼續(xù)加熱立即火星四射，大量二氧化碳噴薄而出，澄清石灰水變渾濁且二氧化碳與空氣中的水氣接觸后呈霧狀盤旋于石灰水上方，反應(yīng)劇烈。）但這次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒有觀察到明顯變化，除了試管底部的混合物由黑色變?yōu)樽厣ㄈ鐖D二），試管壁上附著水珠。待試管冷卻后將混合物倒出來(lái)，沒有觀察到有金屬光澤的銅顆粒，只有混合著黑色反應(yīng)物粉末的磚紅色粉末（氧化亞銅）（如圖三）。（圖二，試管底部的棕色塊狀物）（圖三，氧化亞銅，磚紅色粉末）實(shí)驗(yàn)反思：在加熱之后發(fā)現(xiàn)試管壁上附著了大量的水霧，我們猜想實(shí)驗(yàn)失敗的原因可能是試管事先沒有經(jīng)過(guò)烘干，試管內(nèi)的水氣影響實(shí)驗(yàn)；也可能是酒精燈火焰的溫度太低，（且酒精燈火焰不穩(wěn)定，熱量供給不集中）而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不能被引發(fā)；還可能是混合物質(zhì)量太少，不能鋪滿大試管底部，混合物在試管底部呈散裝，無(wú)法被堆積壓實(shí)（如圖四），導(dǎo)致熱量的傳導(dǎo)和保溫效果不好。（圖四，混合物不能鋪滿試管底部，無(wú)法被堆積壓實(shí)）因此我們?cè)诳刂破渌麑?shí)驗(yàn)條件不變的前提下分別對(duì)以上三個(gè)因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)條件和操作步驟同實(shí)驗(yàn)一，但在裝入藥品前先將試管烘干，使反應(yīng)物保持干燥。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒有觀察到明顯變化，除了試管底部的混合物由黑色變?yōu)樽厣ㄑ趸瘉嗐~），靠近導(dǎo)管一端的試管內(nèi)壁上依然附著少量水珠（如圖五）。待試管冷卻后將混合物倒出來(lái)，沒有觀察到有金屬光澤的銅顆粒。（圖五，靠近導(dǎo)管一端的試管內(nèi)壁上附著了少量水珠）實(shí)驗(yàn)反思：烘干后的試管加熱過(guò)程中在靠近導(dǎo)管的試管壁上依然附著了少量水珠，但并不影響反應(yīng)物，反應(yīng)物是干燥的，因此在用酒精燈加熱的實(shí)驗(yàn)條件下雖然排除了水氣這一因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，但仍得不到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)三：實(shí)驗(yàn)條件和操作步驟完全同實(shí)驗(yàn)二，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也相同，進(jìn)一步說(shuō)明在用酒精燈加熱的實(shí)驗(yàn)條件下，即使除去水氣也不能使實(shí)驗(yàn)成功。實(shí)驗(yàn)四：實(shí)驗(yàn)條件和操作步驟同實(shí)驗(yàn)二，但把酒精燈換成了煤氣燈，用更高的火焰溫度集中加熱。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：加熱到兩分鐘左右就觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，試管底部出現(xiàn)熔巖狀物質(zhì)（如圖六），繼續(xù)加熱立即火星四射，大量二氧化碳噴薄而出，澄清石灰水變渾濁且二氧化碳與空氣中的水氣接觸后呈霧狀盤旋于石灰水上方（如圖七），反應(yīng)劇烈。待試管冷卻后將混合物倒出來(lái)，觀察到有大量磚紅色物質(zhì)生成，同時(shí)生成了少量有金屬光澤的銅金屬粉末（如圖八）。

（圖六，試管底部的熔巖狀物質(zhì)）（圖七，二氧化碳大量噴薄而出，盤旋于石灰水上方）（圖八，磚紅色物質(zhì)和少量銅金屬粉末）實(shí)驗(yàn)反思：煤氣燈外層煤氣燃燒完全，火焰呈淡紫色，溫度可達(dá)800?900°C，比酒精燈外焰的約600C的溫度要高很多。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明反應(yīng)所使用的熱源是影響實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)所用氧化銅過(guò)量，溫度過(guò)高，會(huì)進(jìn)行下列反應(yīng)：C+2CuO=加熱=2Cu+CO2f4CuO=高溫=Cu2O（氧化亞銅）+O2f（氧化銅高溫會(huì)分解）這就可以解釋為什么會(huì)產(chǎn)生大量磚紅色的氧化亞銅粉末。反應(yīng)物配比應(yīng)該是比較合適的，可能是所用的反應(yīng)混合物質(zhì)量太少，煤氣燈的火焰溫度太高，使少量的混合物溫度很快達(dá)到高溫，促使氧化銅大量分解。

實(shí)驗(yàn)五：實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)驗(yàn)四，但將木炭粉和氧化銅粉末的質(zhì)量分別增大一倍。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：加熱到五分鐘左右觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，試管底部出現(xiàn)熔巖狀物質(zhì)（如圖九），繼續(xù)加熱立即火星四射，大量二氧化碳噴薄而出，澄清石灰水變渾濁且二氧化碳與空氣中的水氣接觸后呈霧狀盤旋于石灰水上方（如圖十），反應(yīng)劇烈。待試管冷卻后將混合物倒出來(lái)，觀察到生成了大量帶金屬光澤的塊狀金屬銅和金屬銅顆粒（如圖十一、十二）。（圖九，試管底部熔巖狀物質(zhì)）（圖十，二氧化碳噴薄而出）（圖九，試管底部熔巖狀物質(zhì)）（圖十，二氧化碳噴薄而出）（圖十一，塊狀金屬銅）

（圖十二，金屬銅顆粒）實(shí)驗(yàn)反思：將實(shí)驗(yàn)五與實(shí)驗(yàn)四對(duì)比，實(shí)驗(yàn)五幾乎沒有生成磚紅色粉末，說(shuō)明質(zhì)量大了雖然升溫慢，卻有利于得到準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。且反應(yīng)混合物的質(zhì)量多使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，有利于學(xué)生觀察。總的來(lái)說(shuō)：①用煤氣燈比用酒精燈好，若無(wú)煤氣燈，可在酒精燈燈芯部位套一個(gè)鐵絲做成的網(wǎng)罩，以提高酒精燈加熱的溫度；②在用煤氣燈（或改進(jìn)的酒精燈）作熱源的情況下，質(zhì)量多比質(zhì)量少的好，但要注意控制總量不要超過(guò)8克，反應(yīng)混合物量如果太多，則反應(yīng)的放熱就多，溫度就高，則玻璃試管可能被熔化燒穿。可惜當(dāng)時(shí)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，時(shí)間不允許，否則我們應(yīng)該再做一個(gè)用煤氣燈加熱但反應(yīng)物不干燥的對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明水氣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，使實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果更具說(shuō)服力。實(shí)驗(yàn)四和實(shí)驗(yàn)五的反應(yīng)物殘?jiān)械暮谏勰嚎赡苁翘己脱趸~沒有完全反應(yīng)就停止了加熱，還可能的原因是裝置的氣密性不好，空氣進(jìn)入試管中，而使銅被氧化成氧化銅。要完成該實(shí)驗(yàn)要注意以下幾點(diǎn)：⑴氧化銅與碳的配比：由化學(xué)方程式計(jì)算，氧化銅與碳的質(zhì)量比應(yīng)當(dāng)是13:1，在實(shí)際操作中，氧化銅粉與炭粉的質(zhì)量比以限制在（7?11）：1的范圍內(nèi)效果較好。比例過(guò)高，氧化銅不能完全反應(yīng)，現(xiàn)象不明顯；比例過(guò)低，碳粉有剩余，遮蓋了銅的紫紅色。⑵反應(yīng)物要研細(xì)混勻。為了使氧化銅和木炭這兩種反應(yīng)物充分接觸，要把剛烘烤過(guò)的木炭放在研缽中研細(xì)，再加入氧化銅，一起混勻，能否混合均勻是本實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵之一。酒精燈的改進(jìn)：由于氧化銅的熔點(diǎn)為1026r，銅的熔點(diǎn)為1083°C,一般的玻璃酒精燈外焰溫度為600C，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到反應(yīng)所需的溫度。因此，必須改進(jìn)酒精燈，提高燈焰溫度。具體改進(jìn)為:：（1）燈蕊選用棉紗線，并使燈帽上灼蕊呈菊花狀，以增大火焰斷