木炭还原氧化铜

木炭还原氧化铜 Qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq wertyuiopasdfghjklzxcvbnmq wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq wertyuiopasdfghjklzxcvbnmq 课,《木炭还原氧化铜》 姓名, 王思氩 wertyuiopasdfghjklzxcvbnmq 学号, 10111550105 wertyuiopasdfghjklzxcvbnmq 日期, 2013年10月30日 wertyuiopasdfghjklzxcvbnmq wertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmq wertyuipasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmrtyuiop 《木炭还原氧化铜》 一、实验目的 二、实验原理 三、评估指标, 本次实验的反应较 为剧烈，并且在中学实验 1.常温下的碳: 中属于成功率较低的反1.实验分析: 碳在常温下的化学性 应之一。反应时有明显现本实验是中学中的基础质不活泼，不能与大多 象，衡量此反应指标如实验，但是在中学实验中成数物质发生反应。 下: 功率较低，通过本次实验， 要充分掌握实验操作要领，2.高温下的碳: ?装有澄清石灰水的烧熟悉实验操作。 在高温下，碳具有较杯中有大量二氧化碳气 强的还原性，能将氧化体气泡产生, 并且喷薄2.实验目的: 铜等金属氧化物还原成而出。杯口烟雾缭绕 在实验过程中，要探究金属，木炭本身被氧化 并思考实验操作，总结经成稳定的二氧化碳气?加热一段时间后,看到验，并且思考更好的方法进体。 试管底部火星四射,药品行改进，增加做演示实验时 以熔岩状、火山喷发式剧的可操作性和成功率。 3 二氧化碳的检验: 烈反应 . 产生的二氧化碳 3.实验操作: 能使澄清石灰水变浑?实验完成后有单质铜在实验中操作的浊，在初中实验中，经被还原出来,具有金属光步骤、姿势、要领等方面的常采用澄清的石灰水对泽的红棕色固体颗粒。 要求。由于本次实验涉及高气体进行检验，看是否 温，并且对时间有严格为二氧化碳。 要求，所以要注意并强调学 生注意实验安全。 四,实验步骤, 木炭还原氧化铜 时间/min 实 验 现 象 实 验 步 骤 1. 烘干木炭粉 0:00 称取1g木炭粉， 木炭为黑色粉末，很细很轻，密度小 1:00 放在蒸发皿中用酒精灯焰加热，边粉尘不再上吹 加热边搅拌，直到不再有黑色粉尘 上吹时， 1:30-3:30 继续加热10分钟，即可看到有红出现小火星，但是经过搅拌，瞬间熄灭 色燃烧点，这时才合格。停止加热 6:24 出现大量火星，并且维持了1-2s,已经达 到红色燃烧点，停止加热 2. 烘干氧化铜 0:00 称取3.8克氧化铜， 氧化铜为黑色粉末 5:00 放在蒸发皿中，用酒精灯加热，边充分搅拌加热，除去水分，无明显现象。 加热边搅拌，加热5分钟，除去其 中含有的水。 3. 根据配比准备反应物 本次实验采用1:7的配比，称取碳 粉0.5克，氧化铜3.5克进行反应。 4. 研磨混合均匀 0:00 根据配比用天平称取两种粉末，然后经过研磨，两样品充分混合，无明显现 放在研钵中，一边研磨，一边用玻璃象。 3:30 棒搅动混匀，此过程应用1.5-3分钟。 5. 进行反应 按图连接装置， 此装置为固固加热型装置。 进行装置的气密性检查，用酒精灯微气密性中，看到导气管口有气泡冒 微加热试管， 出，说明气密性良好 0:00 再填装样品，加热，并从加热时开始开始加热，并进行预热，此时导气管口 计时。进行试管的预热，再集中在药有气泡冒出，速率较缓慢，澄清石灰水 0:14 品部位进行加热，观察并记录实验现不变浑浊，说明此时的气体时导管内的 象。 空气。 0:15-- 继续加热，加热过程中，有气泡均匀从 2:30 导气管口冒出，澄清石灰水变浑浊，说 明此时的气体为二氧化碳。 2:30 烧杯中冒出大量气泡，石灰水变更加浑 浊，反应剧烈，烧杯中烟雾缭绕。 试管中反应剧烈，药品以熔岩状喷薄而 出，产生大量星火，火星四射。 5:00 待反应冷却后，拆去装置，将剩余固倒出剩余物品，看到生成棕黄色固体颗 体到处，观察实验现象。 粒，有金属光泽，并且颗粒较大较多， 此固体即为铜粒。 四, 实验操作反思和结果分析 1. 本实验一共进行了三次，其中两次失败。具体分析如下: ,1,现象: 第一次烘干木炭粉时，用酒精灯加热了22分钟，仍然未见火星出现，木炭粉没有明显现象，实验失败。 失败原因分析, 因为同时使用此木炭粉的另外一组同学也出现相同结果，所以猜测是木炭粉受潮变质从而无法得到现象，进行木炭粉的更换 改进结果, 换用新的一瓶木炭粉后，加热至2分钟时开始看见小火星，加热至6分24秒时，出现大量红色火星，此时停止加热，烘干木炭粉步骤成功。证明是前一瓶木炭粉的问题。 (2,现象, 第二次在填装好样品开始用酒精灯加热，加热了13分钟，只见到少量二氧化碳气体冒出，澄清石灰水轻微浑浊，加热时试管壁上出现水雾，未见到其他明显现象。实验失败 失败原因分析, 试管壁上出现大片水雾，但是药品已烘干，原因是空气潮湿，实验前试管虽已洗净，但 是残留水分，造成实验五明显现象，实验失败。 实验改进, 在是实验前先将试管用酒精灯微微加热烘干，再填装药品进行反应。并且将酒精灯改为 煤气灯进行加热。 改进结果, 在2min内明显看到实验现象，并且效果十分明显，产生的铜粒较大较多。说明在试管 中一定要除尽水分才能使实验成功。 六, 对实验的相关思考, 思考提问 1. 在烘干样品操作时应该注意些什么, 答:?实验中干燥的木炭和氧化铜很关键。所以一定要充分加热去除水分。 ?在烘干木炭时，火不宜过猛，因为木炭粉很轻，密度较小，如果火太大会使木炭粉飘 洒。 ?烘干木炭粉的时间不宜太长，否则会使木炭气化。 ?由于在烘干药品的过程中会造成损耗，所以可以在烘干后再根据配比进行药品的称 量。 2. 为什么本实验在两次进行操作后会发现煤气灯的效果优于酒精 灯, 答:通过查阅资料得知: ?从反应温度看:煤气灯的外焰温度可达800~900摄氏度，酒精灯的外焰温度一般为 600摄氏度，二者均能达到发生反应的效果。但是煤气灯温度更高，使反应加速进行。 ?从加热效果看:煤气灯的火焰更加平稳有力，加热较为集中，酒精灯的火焰如若未 经调节，火焰较为分散，并且不够稳定，容易导致无法达到反应温度，现象不明显。 ?如果在中学实验条件不允许的情况下，可以采用酒精灯进行加热。但是可以通过以 下方法进行调整，改进酒精灯,提高灯焰温度。具体改进为:A灯蕊选用棉纱线,并使灯 帽上 灼蕊呈菊花状,以增大火焰断积。 B在灯蕊上插两根导热性好、熔点高的金属丝， 可以增加传热。 3. 为什么一定要将氧化铜和木炭烘干,不干燥会有什么后果, 答:?木炭具有吸湿性，而氧化铜也稍有吸湿性，如果不进行干燥，药品在通常情况下都含 有水分。 ?由于受潮的炭粉和氧化铜粉实验不易看到实验现象，也不易得到小铜珠(块)，因此， 用新烘干燥的炭粉和氧化铜粉进行实验 ?如果木炭里有水在加热时容易炸裂试管 ?水分对实验反应的发生也会有影响，木炭和水分在高温下会产生氢气和一氧化碳，这 两种气体也有还原性。 ?如果不进行干燥，水分较少时会延迟反应时间，正常情况下在两分钟后会看到剧烈反 应现象，但是如果含有部分水分，就会将反应时间延长至12分钟甚至更长。当含有水 分更多时，会严重影响实验结果，无法观察到实验现象，甚至实验无法发生。 4.为了实验安全和能更好收集到铜,应怎样改进实验结束时的操作, 答: ?停止加热时，应先将导气管从试管中撤出，防止液体倒吸 ?用弹簧夹夹紧橡皮导气管，防止试管炸裂 ?待试管冷却后再把试管里的粉末倒出，过早倒出，会使新生成的铜被空气中的氧气 氧化成黑色的氧化铜。 5.试分析加热时试管中的水分是从何而来, 答:?根据调查,两天实验中,第一天的实验组里普遍在试管中未看见水雾,熔岩状现象在 大约2分钟时就能明显出现。但是第二天的实验小组里大多出现在试管中有水雾的现象, 并且在有大量水雾时出现现象的时间会延迟至大约12分钟。 说明药品因为空气潮湿吸收了部分水分。 ?两次实验，第二次试管中的水分明显减少，因为在第二次时对干燥的试管进行了加热， 出去了试管中的水汽。 ?对实验的改进:由于在烘干药品后再进行药品的称重量取，如果中间间隔时间过长， 会造成空气中水分的重吸收，实验效果可能不会太显著，所以在称量药品时应该尽量缩 短间隔时间。由于铜粉只用加热3分钟，而木炭粉的加热时间通常为6分钟，为了防止 铜粉放置过久，可以在木炭粉开始加热一段时间后再对铜粉进行加热。 6,通常实验中用于检验气体时,对石灰水有什么要求吗? 答:?CaO溶于水后生成的Ca(OH)2溶解度非常小，所以常看到的石灰水都是混浊的，澄清 是过滤后的结果，而且由于澄清的石灰水作用主要就是检验反应产物，如果本身不澄 清，即使生成沉淀也不能看到。 ?因为澄清石灰水中氢氧化钙只是微溶，所以并不用于CO2的吸收。只是单纯的检验。 而且，澄清石灰水是混合物(一般情况下是指Ca(OH)2和水的混合物)。 ?检验时一般必须采用新制石灰水，防止石灰水因为吸收空气中的二氧化碳而变质，无; 法观察到实验现象。 7本实验为什么均要采用粉末状药品, 答:?增大反应物的接触面积，可以加快反应的速率，使反应更完全。如果按照块状固体， 则需要极高的温度，酒精灯不能满足此要求。粉末状药品能够充分接触，反应效果更加 好，并且受热面积增大，对实验加热的温度要求可以稍微降低。 ?木炭粉和氧化铜粉在研钵里混合研磨的越细，其接触面越大，加热时反应越快、越好。 可以防止木炭还原氧化铜不够充分，使部分氧化铜不能被还原为铜，不能清楚观察到现 象的事情。 8与氯酸钾制备氧气相比较,木炭还原氧化铜的实验在药品填装上有何特点, 答:?在氯酸钾制备氧气时，药品不能填装太紧，并且应该从药品前部开始加热，再缓慢 地向中后部移动，最后集中在底部加热。 ?但是，在木炭还原氧化铜的实验中，混合物最好用纸槽送到试管的底部，然后尽量的 夯实，也可以使用其他的物品使其压紧填实，这样可以使: 混合物之间接触面积增大,同时还可以赶走混合物之间的空气,它们就不容易在加热时 分散开而导致受热不均匀。 ?实验中如果出现加热后混合物向上冲的状况时，这就是实验前没有充分预热或者没有 压紧所引起的，所以加热前需要充分的压紧和预热。 9. 经过查阅资料得知,反应产物中固体可能存在Cu、Cu2O的混合固体。如何通过实验证明反应后的产物中除了Cu,还有Cu2O, 答:?对于炭粉还原氧化铜实验反应产物的研究:因为实验条件不同而不同，其反应产物中 固体可能存在Cu、CuO、Cu2O的混合固体，通常用肉眼是无法分辨出来的，因此我 们采用以下的实验对砖红色固体进行分析，操作如下: 取少量的实验产物中的砖红色固体,取用的固体来自于1:13组中的砖红色固体～加 入一只干净的试管中,加入足量的约3mol/L的稀硫酸溶液,用酒精灯加热试管至试管 中液体完全沸腾,然后冷却试管中的溶液并过滤,观察溶液的颜色,如出现蓝色,以 及过滤的固体中出现金属光泽的固体,这表示砖红色固体有Cu2O存在,该歧化反应 为:Cu2O + H2SO4 = Cu + CuSO4 +H2O ?分析:Cu2O与硫酸反应生成Cu2+离子和金属光泽的铜单质，使固体溶于稀硫酸后溶 液出现蓝色，我们在对实验结果进行分析时，按照上述验证方法进行分析砖红色固体， 结果冷却后的液体出现蓝色，过滤后的固体中也有金属光泽的铜单质，那么足以说明 反应产物中的砖红色固体有Cu2O存在。 10.拓展思考,不同类型的木炭粉对实验有何影响, 答: 通过查阅各种相关文章发现炭粉的种类也同样是影响本实验的一个因素，按照资料显 示:不同来源炭粉对反应的影响如下: 炭粉来源 反应时间 反应现象 产物状况 紫红色金属光泽的网石英玻璃管中出现剧烈红热现象,实验室用活性炭 1′42″ 状铜,夹杂少量小铜块产生大量气泡,澄清石灰水变浑浊 和砖红色固体 光亮的块状铜,有少量反应物出现剧烈红热,产生大量气燃烧木筷获得 2′15″ 的砖红色固体和黑色泡,澄清石灰水变浑浊 固体混合物 出现轻微的红热现象,同时产生少大量砖红色固体,以及焦炭 4′43″ 量的气泡,澄清石灰水出现稍微浑较多的黑色固体 浊 通过上述的实验数据和现象可以看出: 实验中活性炭组效果最好，燃烧木筷所获得的碳组进行实验时效果次之，焦炭则效果最 不理想。但是由于一些中学的教学资源的限制，在实验室中许多的药品都没有，这时候 替代实验就比较适用。 11.反应物的混合程度对实验效果有何影响, 答:查阅资料得知: ?由于炭粉还原氧化铜实验的反应物均为固体，属于固体与固体之间的反应，它们只能 在表面进行反应，它们之间的混合程度对于实验有很大的影响，为了研究混合程度对 于实验的影响程度，设计以下实验进行探究: 以炭粉与氧化铜质量比为1:7,混合物总质量为4g,热源为酒精喷灯,对比组分别为 不研磨组、研磨时间为5min.10min、20min,具体实验记录如下: 反应物混合程度的影响: 混合程度 时间 实验现象 产物情况 产物有少量铜块夹杂大量的轻微红热,产生少量的气不混合 3′22″ 砖红色固体和黑色固体混合泡,石灰水变浑浊 物 大块网状铜中含有少量珠状出现红热现象,产生大量研磨5min 2′48″ 铜,还有少量的砖红色和黑气泡,石灰水变浑浊 色固体混合物 研磨10min 2′34″ 出现剧烈红热,产生大量大块网状铜中含有小块铜, 气泡,石灰水变浑浊 还有少量砖红色固体 反应过程中装臵内出现紫红色网状固体含有少量的研磨20min 1′43″ 剧烈红热现象,产生大量块状铜 气泡同时石灰水变浑浊 实验小结 通过上表得出以下结论:不研磨组的实验现象以及结果都很不理想，但是经过研磨的现象都比较好，因此在做本实验时，一定要经过充分地研磨，才可以得到好的实验现象。 12.本实验采用4克的药品总用量,思考药品的总用量对实验的影响如何, 答:通过查阅资料得知: ?我们实验所采用的是炭粉和氧化铜粉末作为反应物，混合物总质量也是一个不可以忽 视的影响因素存在，用量过多时会导致反应过于激烈但是反应速度引发慢;但是用量 太少时，实验的现象又不太明显，所以为了探索多少质量比较适合做实验这个条件， 我们设计了以下方案:采用1:7的混合质量比并充分研磨，热源为酒精喷灯，混合物 总质量为1.5g、2g、4g这3组作为对比试验组，具体的实验情况见下表. 混合物总质量/g 时间 实验现象 产物情况 试管底部出现红热,产生产物有少量铜块还有砖红色1.5 2′32″ 少量的气泡,石灰水变浑固体和黑色固体混合物 浊 大块网状铜中含有少量珠状出现红热现象,产生大量2 1′56″ 铜,还有少量的砖红色和黑色气泡,石灰水变浑浊 固体混合物 出现剧烈红热,产生大量大量铜块其中还有少量砖红4 3′25″ 气泡,石灰水变浑浊 色和褐色固体混合物 ?实验小结:通过对上述数据的分析看出: 混合物质量为1.5g的实验现象明显不如其他两组，2g组时间用的最少，但是从现象来看4g组最好，现象也比较的明显。因为本实验中需要一定的温度引发反应的进行，当温度达到条件时，反应就会发生，红热现象便开始出现，但是要开始这个过程需要在开始时聚集大量的热量，聚集热量的程度就与物质的量有密切的关系。如果混合物质量太少时(如上述数据中的1.5g)，加热的温度容易散失在空气中而不能很好的聚集起来，所以反应是慢慢从试管底部开始发生，最终完成的。当用量大时(如上述数据中的4g)，反应热量聚集很快，红热现象会很快出现在试管的底部，继而反应非常剧烈，更加易于观察。所以选用4克为好。 七、对实验的相关改进, 本反应要求高温，对温度是实验的关键。首选用煤气灯和酒精喷灯进行加热，1.热源的 则实验效果更好，并且注意，因为使用酒精喷灯进行加热酒精喷灯产生的温选用 度较高，因此，盛有混合粉末的试管应选用耐高温的硬质试管，用一般的试 管会烧红穿孔。 如果中学实验条件不允许使用煤气灯和酒精喷灯，选用酒精灯作热源，应提2.提高温 高其他各方面的实验要求，可以选用灯罩、石棉网罩等物，都是为了提高反度的方法 应物的温度。还可以推入一些粉笔，使反应物集中一些，反应时产生的热量 不易散失。 选用15×150mm小试管装研磨细的木炭粉、氧化铜粉混合物，加热时热量3.加热试 集中，有利于反应。若选用大试管，因为热量被分散，达不到反应温度，容管的选用 易致使实验失败。 为了方便对实验完成后产物的处理。可以在导气管上增加一个止水夹，从预4.防倒吸 热开始到实验装置中出现红热现象期间，止水夹必须是开启的，等到大量气方法 泡产生结束后，我们再将止水夹关上，这样做可以让产物处于二氧化碳的氛 围中冷却，这样就可以避免生成的铜单质再次被氧化成黑色的氧化铜了。 附表,相关教学小知识拓展, 1.木炭粉是生活小助手: ?木炭粉是用农作物秸秆、林业剩余物制成的炭粉，如今木炭粉在工业、农业、医药、家 庭等多个领域均有应用。 ?用途:木炭粉可用于冶金、制药、改良土壤，在家庭中可以用于吸附甲醛去除有害气体， 除湿、除臭的作用。木炭上有着纵横无数的洞孔，这些洞孔具有吸附各种各样的物质以 及发放出吸附着的物质的功能，所以，人们用它作除湿剂。木炭砖具有吸湿性和吸水性 小、比重大和热值高的优点，在潮湿时，木炭会吸收潮气，在干燥的时候，它会把吸收 了的潮湿发放出来，从而出色地发挥调节湿度的作用。此外，木炭还能消除房间里的气 味和有害物质等。 2认识氧化铜: ?氧化铜(CuO)是一种铜的黑色氧化物，略显两性，稍有吸湿性。 ?用途:用作玻璃、瓷器的着色剂，油类的脱硫剂、氢化剂，有机合成催化剂，还用于人造丝的制造、气体分析等。用于制造染料、有机催化剂载体以及铜化合物。还用于人造丝制造工业及作为油脂的脱硫剂。用作其他铜盐的制造原料，也是制人造宝石的原料。 ?危害性:健康危害:误服或吸入大量氧化铜粉尘可能引起金属烟热，出现寒颤、体温升高，同时可伴有呼吸道刺激症状。 ?燃爆危险:该品不燃，属于无气味呈黑褐色稳定性物质。