實驗五氫氣還原氧化銅實驗改進與創(chuàng)新設計

-.z.實驗五氫氣復原氧化銅實驗改良與創(chuàng)新設計指導教師：肖常磊實驗評分：同組成員：曾丹瑜探究問題的提出氫氣復原氧化銅的演示實驗，在中學化學教學中是十分重要而又難度較大的容。其最正確效果是反響后能在試管底部附著一層光亮的銅鏡。但由于實驗條件控制方面的問題，在課堂上，教師常常因時間所限，只能將反響的中間產(chǎn)物——磚紅色的氧化亞銅誤作金屬銅展示給學生。師專學生在進展教育實習時，課堂上也常常不能得到附著在試管底部的銅鏡，而是粉末狀、磚紅色的氧化亞銅。如何在課堂上能快捷、成功地演示氫氣復原氧化銅的實驗呢.筆者將就影響氫氣復原氧化銅實驗最大的因素——氧化銅的用量和使用方法作一研討。問題的解決設想分析：=1\*Arabic1、氫氣復原氧化銅實驗未能直接得到光亮的銅原因可能有兩點：一，氧化銅為固體粉末，與氫氣反響，反響需在固相、氣相兩相間進展，難度較大；二，銅的狀態(tài)是粉末狀，細小顆粒因吸光較多而觀察不到銅單質的光亮顏色；三，氧化銅粉末量較多，難于被完全復原成銅，大局部被復原成氧化亞銅，銅單質含量較低，故主要呈氧化亞銅的磚紅色。=2\*Arabic2、實驗時間較長，不利于中學課堂演示。猜測：氫氣復原氧化銅，氧化銅粉末堆積，中間的氧化銅與氫氣接觸不完全，導致反響速率慢，所需時間長。解決設想：1、鋅粒的選擇：不宜用純鋅，因為純鋅與酸的反響速度較慢，一樣質量的鋅粒，圓粒的鋅跟酸接觸的面積要小于不規(guī)則形狀的鋅粒。所以最好選用純度不高、形狀不規(guī)則的鋅粒。2、稀硫酸的濃度：實驗說明，氫氣復原氧化銅實驗中，假設用稀硫酸制備氫氣，硫酸的濃度以20%或3mol·L-1為宜。低于這個濃度，反響速度太慢；高于這個濃度，鋅粒會鈍化，反響速度也慢。假設用鹽酸，濃度以5mol·L-1為宜。3、氫氣的凈化：鋅和稀硫酸作用后，氣體中會含有少量水分,會影響實驗效果，應除去。所以，應將制得的氫氣通過枯燥劑氯化鈣，便可得到較純潔的氫氣。4、氧化銅的用量及使用方法：實驗說明，氧化銅用量以涂抹在試管中形成一圈薄層為宜。太少，產(chǎn)生的銅鏡面積太小；太多，產(chǎn)生銅鏡需要的時間太長，不宜在課堂上演示。氧化銅可選用市售的氧化銅粉末，也可加熱分解硝酸銅和氫氧化銅來制備。實驗設計方案實驗裝置圖準備工作：=1\*GB3①按照裝置圖安裝好啟普發(fā)生器，檢查裝置氣密性。=2\*GB3②往啟普發(fā)生器參加約15g鋅粒，注意不要讓鋅粒漏到半球體中。為此，可在球體與半球體之間加一帶小孔的橡皮圈。在球形漏斗中參加250mL

1:4的硫酸溶液〔往硫酸溶液中滴加幾滴2mol/L硫酸銅溶液〕，待用。=3\*GB3③枯燥管置滿枯燥劑。先在球出氣口鋪置一層脫脂棉，然后置入枯燥劑〔如氯化鈣等〕，不要壓實，再塞一層脫脂棉。〔一〕方案一直接涂抹市售的氧化銅：事先在氧化銅粉末中加少量水，調成糊狀，用玻璃棒使之均勻地、薄薄地緊附于試管底部壁，通入驗純后的氫氣，加熱，5分鐘后有銅鏡產(chǎn)生。加熱時要不停地移動，以免試管炸裂。此法雖然得到銅鏡時間較長，但使糊狀氧化銅均勻分布于試管底部易于控制。=1\*GB3①將氧化銅粉末用水稀釋成糊狀，用玻璃棒蘸取糊狀的氧化銅，直接在試管壁上涂約占試管長度1/4的氧化銅涂層一周，晾干。=2\*GB3②經(jīng)過純化的氫氣通入涂有氧化銅的試管，待排盡試管中空氣后，點燃酒精燈，加熱試管外壁，加熱過程中緩慢轉動試管?！捕撤桨付訜嵯跛徙~制取氧化銅：取約5ml硝酸銅飽和液，加熱使硝酸銅分解生成黑色氧化銅。冷卻，由于加熱硝酸銅分解制得的氧化銅活性極好，所以通入氫氣后加熱2分鐘后，新鮮的氧化銅便被復原成銅，銅鏡在試管底部形成。此法銅鏡產(chǎn)生得快，現(xiàn)象明顯。但假設將整個實驗過程全部在課堂上完成，時間不夠，且反響產(chǎn)生的NO2氣體對學生傷害很大。所以最好在課前就將硝酸銅加熱分解制得氧化銅，這樣一則可以節(jié)省時間，二則可防止分解硝酸銅產(chǎn)生的二氧化氮氣體在課堂上排放。=1\*GB3①用硝酸銅自制氧化銅。向干凈試管中滴入2~3滴飽和硝酸銅溶液〔或參加少量研細的硝酸銅晶體〕邊加熱邊稍稍轉動，使硝酸銅均勻附著在試管壁上，繼續(xù)加熱。由于硝酸銅分解，在試管壁上附著一層黑色的氧化銅。=2\*GB3②開啟啟普發(fā)生器處的止水夾，制取氫氣。氫氣進入小試管，估計小試管空氣排盡后，點燃酒精燈，加熱氧化銅。用氫氣復原氧化銅后，可得到光亮的銅鏡。當氧化銅完全被復原后，先熄滅酒精燈，繼續(xù)通入氫氣至冷卻，然后停頓通入氫氣?！踩撤桨溉訜岱纸鈿溲趸~制備氧化銅：取2ml硫酸銅飽和液與4ml氫氧化鈉飽和液作用，將產(chǎn)生的混濁液離心別離后，用玻璃棒蘸取少許別離后的氫氧化銅糊狀物，在試管壁底部涂成一均勻薄環(huán)，加熱，待藍色的氫氧化銅變?yōu)樾迈r的、高活性的氧化銅后，冷卻通入氫氣后加熱，2分鐘后光亮的銅環(huán)便在試管底部形成。此法產(chǎn)生銅鏡時間短、效果好又沒污染，但整個實驗繁瑣，課堂上不能完成，最好在課前將氧化銅預先制好。以上試劑的選擇和方法的使用，主要是為了到達兩個目的——產(chǎn)生有效而強大的氫氣流和在試管底部形式一均勻的氧化銅薄層。只要這兩種條件具備了，氫氣復原氧化銅的銅鏡就能快速地形成。=1\*GB3①用氫氧化銅自制氧化銅。向干凈試管中涂抹一層糊狀氫氧化銅薄層邊加熱邊稍稍轉動，使氫氧化銅均勻附著在試管壁上，繼續(xù)加熱。=2\*GB3②開啟啟普發(fā)生器處的止水夾，制取氫氣。氫氣進入小試管，估計小試管空氣排盡后，點燃酒精燈，加熱氧化銅。用氫氣復原氧化銅后，可得到光亮的銅鏡。當氧化銅完全被復原后，先熄滅酒精燈，繼續(xù)通入氫氣至冷卻，然后停頓通入氫氣。實驗過程記錄實驗裝置方案一氧化銅糊狀物涂層方案二硝酸銅制備氧化銅方案三未離心糊狀氫氧化銅方案三離心后下層糊狀氫氧化銅直接加熱糊狀氧化銅加熱硝酸銅制取氧化銅加熱硝酸銅制得的氧化銅相關問題探討=1\*Arabic1、由實驗結果可知，本次進展的氫氣復原氧化銅改良實驗取得較滿意效果。首先，氧化銅被復原成銅單質，出現(xiàn)銅鏡，實驗現(xiàn)象明顯，且反響速率快，用時短，實驗成功率高，用水濕潤的氧化銅做涂層制得銅鏡成功率幾乎為百分百，便于在中學課堂上演示實驗并取得成功。其次，氧化銅用量少，極減少了實驗藥品的浪費。最后，由于去除氫氣除雜純化裝置后，得到的銅鏡與經(jīng)過純化步驟所得銅鏡無明顯差異。故以后進展此實驗可去除氫氣純化步驟，簡化實驗裝置。=2\*Arabic2、本次實驗中，用鹽酸濕潤的氧化銅做涂層與用水濕潤的氧化銅做涂層實驗結果存在差異，主要有如下兩點：一，用鹽酸濕潤氧化銅做涂層制得的銅鏡在亮度、光澤方面明顯比用水濕潤氧化銅做涂層制得的銅鏡效果好；二，用鹽酸濕潤氧化銅做涂層得到銅鏡的成功率為百分百，而用水濕潤氧化銅做涂層得到銅鏡的成功率雖高，卻仍有失敗的情況。分析原因：水與鹽酸，雖然同是濕潤氧化銅涂層，但鹽酸能與氧化銅反響，而水不能。查閱文獻：鹽酸首先與氧化銅反響生成CuCl2，CuCl2再分解為CuCl(Cu2Cl2)。CuCl(Cu2Cl2)具有較低的熔點(422°C)，熔化狀態(tài)下的CuCl在氫氣流的作用下容易均勻地沾附在試管壁上，并在高溫下被氫氣復原成單質銅，并產(chǎn)生氯化氫，形成銅鏡，所以呈光亮狀且成功率高、銅鏡效果較好。教學思考中學化學教學的魅力在于化學實驗，對化學實驗進展不斷改良和創(chuàng)新，實驗才能充滿生命和活力，保持其在化學教學中的獨特地位。在教學中對實驗進展改良和創(chuàng)新，常能起到事半功倍的作用。改良的實驗，不僅可以幫助教師更好地完成實驗，使之有良好的實驗效果，也能增強學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。中學化學課程中，實驗能及時給學生提供必要的化學事實，使學生獲得正確、系統(tǒng)的化學知識和實驗技能，實驗在教學中占有極為重要的作用。教師對待實驗，是嚴謹、規(guī)的實驗操作原則，但也應該讓實驗具有靈活、創(chuàng)新的自由空間。杜威說過：“最好的教育來自于生活。〞化學是一門促進社會可持續(xù)開展的學科，所以在生活中處處可見化學現(xiàn)象。在實驗室里，我們也可以運用生活中的常見素材，改良*些有一定缺陷的實驗，讓