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，可以让学生能从表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。 1 实验方案一： 1.1实验装置如图 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失败原因分析： 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： 2.2实验原理： H2 + CuO ==== Cu + H2O 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： 3.2实验原理： H2 + CuO ==== Cu + H2O 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： 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