化学变脸---点铜成金.doc

化學變臉---點銅成金 摘要 上理化課時，提到氧化還原反應，活性大的元素可以將活性小的氧化物或離子還原，也可以在金屬表面鍍上金屬，對此深感興趣。加上往站上看到〝點銅成金〞的有趣化學實驗，於是重現點銅成金的反應過程，並藉由操縱氫氧化鈉濃度、鋅粉質量、銅片表面積大小，進一步探討〝點銅成金〞反應的性質，歸納所得，尋求最佳反應條件並討論可能的反應方程式，窺視活性大的Zn2+如何反而被活性小的Cu還原的反應過程。 我們發現，〝點銅成金〞的反應與一般氧化還原反應不同。黃銅的色澤與濃度大小沒什麼關聯，濃度的提高對反應速率沒有直接的影響，主要由鋅與氫氧化鈉所形成的化合物及銅片表面情況所決定。若能進一步探討這些反應過程，將有更多的發現。 貳、研究動機 古代煉金士有一招〝點銅成金〞的招術，將銅幣放入溶液中後，取出加熱，可以變成金光閃閃的金幣，如魔術般很有趣，好奇的我們想知道點銅成金是怎麼變成的。這個反應的過程，與理化課上所提到的氧化還原反應、鋅銅電池及電鍍銅的反應有何不同，於是展開實驗。 參、研究目的 一、重現點銅成金的反應過程 二、探討氫氧化鈉濃度對反應速率的影響 三、探討鋅粉質量對反應速率的影響 四、探討銅片表面積大小對反應速率的影響 五、尋求最佳反應條件並討論可能的反應方程式 肆、研究設備及器材(如照片一) 鹽酸、鋅粉、銅片、三腳架、酒精燈、刮勺、陶瓷纖維網、丙酮、氫氧化鈉、滴管、量筒、燒杯、鑷子、電子天平、蒸發皿M氫氧化鈉溶液。 (二)、6M氫氧化鈉溶液配製完成後，分別將它稀釋為5M、4M、3M、2M、1M﹝如表一﹞ 表一：氫氧化鈉濃度配製法 溶液濃度 6M氫氧化鈉溶液所需加入毫升數 加蒸餾水稀釋後毫升數 1M 15mL 90mL 2M 30mL 90mL 3M 45mL 90mL 4M 60mL 90mL 5M 75mL 90mL (三)、以電子天平秤量鋅粉克數，分別為1~6克 三、探討氫氧化鈉濃度對反應性的影響 (一)、準備六只蒸發皿，分別放置相同克數之鋅粉。 (二)、將不同濃度之氫氧化鈉分別加入，蓋上錶玻璃後置於酒精燈上加熱。 (三)、加熱至沸騰後放入等重之銅片，測量變色時間，待變銀色後拿出(如照片五、六)。 (四)、以丙酮洗淨後擦乾，用酒精燈烤至金色，並測量變色時間(如照片七)。 (五)、秤質量。 四、探討鋅粉質量對反應性的影響 (一)、準備六只蒸發皿，分別放置相同濃度之氫氧化鈉。 (二)、將不同質量之鋅粉分別加入，蓋上表玻璃後至於酒精燈上加熱。 (三)、加熱至沸騰後放入等重之銅片，測量變色時間，待變銀色後拿出。 (四)、以丙酮洗淨後擦乾，用酒精燈烤至金色，並測量變色時間。 (五)、秤質量。 五、探討表面積大小對反應速率的影響 (一)、準備一只蒸發皿分別放置相同克數之鋅粉及氫氧化鈉。 (二)、蓋上表玻璃後置於酒精燈上加熱。 (三)、加熱至沸騰後放入表面積不同之銅片，測量變色時間，變銀色後拿出。 (四)、以丙銅洗淨後擦乾，用酒精燈烤至金色，並測量變色時間。 (五)、秤質量。 陸、研究結果 一、重現點銅成金的反應過程 (一)、原先使用舊的鋅粉進行實驗，結果皆失敗，且加入鋅粉後會冒出大量煙霧，且表面不會變成銀色，即使加大氫氧化鈉的濃度，用瓦斯加熱，也不能成功。可能是因為在潮濕空氣中，鋅的表面會生成Zn2(OH)2CO3所覆蓋，影響反應。 (二)、重買新的鋅粉後，反應則順利進行，只有少量氣泡產生，稍加熱，反應也可進行，但有時又會失敗。 二、氫氧化鈉濃度、鋅粉質量對反應速率的影響，由圖一中可見氫氧化鈉濃度的影響大於鋅粉質量(見圖一、二)。 表二：氫氧化鈉莫耳濃度與鋅粉質量和銅片質量變化之關係 氫氧化鈉之體積莫耳濃度 鋅粉克數 銅片質量 所花時間 (秒) 前 後 銅變銀色 銀色變金色 1M 1g 1.5g 1.5g 14 12 2g 1.5g 1.5g 12 13 3g 1.5g 1.5g 13 12 4g 1.5g 1.5g 13 12 5g 1.5g 1.5g 12 13 6g 1.5g 1.5g 12 12 2M +1g 1.5g 1.5g +2g 1.5g 1.5g +3g 1.5g 1.5g +4g 1.5g 1.5g *5g 1.5g 1.5g 14 17 +6g 1.5g 1.5g 3M **1g 1.5g 1.5g 15 6 2g 1.5g 1.5g 15 5 3g 1.5g 1.5g 14 6 4g 1.5g 1.5g 15 6 5g 1.5g 1.5g 16 6 6g 1.5g 1.5g 16 7 4M 1g 1.5g 1.5g 16 7 2g 1.5g 1.5g 16 6 3g 1.5g 1.5g 15 6