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实验五氢气还原氧化铜实验改进与创新设计

指导老师：肖常磊实验评分：

同组成员：曾丹瑜

一、探究问题的提出

氢气还原氧化铜的演示实验，在中学化学教学中是十分重要而又难度较大

的容。其最佳效果是反应后能在试管底部附着一层光亮的铜镜。但由于实验条

件控制方面的问题，在课堂上，教师常常因时间所限，只能将反应的中间产物

——砖红色的氧化亚铜误作金属铜展示给学生。师专学生在进行教育实习时，

课堂上也常常不能得到附着在试管底部的铜镜，而是粉末状、砖红色的氧化亚

铜。如何在课堂上能快捷、成功地演示氢气还原氧化铜的实验呢？笔者将就影

响氢气还原氧化铜实验最大的因素——氧化铜的用量和使用方法作一研讨。

二、问题的解决设想

分析：

1、氢气还原氧化铜实验未能直接得到光亮的铜原因可能有两点：一，氧化铜

为固体粉末，与氢气反应，反应需在固相、气相两相间进行，难度较大；二，

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；三，

氧化铜粉末量较多，难于被完全还原成铜，大部分被还原成氧化亚铜，铜单质

含量较低，故主要呈氧化亚铜的砖红色。

2、实验时间较长，不利于中学课堂演示。猜想：氢气还原氧化铜，氧化铜粉末

堆积，中间的氧化铜与氢气接触不完全，导致反应速率慢，所需时间长。

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解决设想：

1、锌粒的选择：不宜用纯锌，因为纯锌与酸的反应速度较慢，一样质量的锌

粒，圆粒的锌跟酸接触的面积要小于不规则形状的锌粒。所以最好选用纯度不

高、形状不规则的锌粒。

2、稀硫酸的浓度：实验表明，氢气还原氧化铜实验中，若用稀硫酸制备氢气，

硫酸的浓度以20%或3mol·L-1为宜。低于这个浓度，反应速度太慢；高于这个

浓度，锌粒会钝化，反应速度也慢。若用盐酸，浓度以5mol·L-1为宜。

3、氢气的净化：锌和稀硫酸作用后，气体中会含有少量水分,会影响实验效

果，应除去。所以，应将制得的氢气通过干燥剂氯化钙，便可得到较纯净的氢

气。

4、氧化铜的用量与使用方法：实验表明，氧化铜用量以涂抹在试管中形成

一圈薄层为宜。太少，产生的铜镜面积太小；太多，产生铜镜需要的时间太长，

不宜在课堂上演示。氧化铜可选用市售的氧化铜粉末，也可加热分解硝酸铜和

氢氧化铜来制备。

三、实验设计方案

实验装置图

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准备工作：

①按照装置图安装好启普发生器，检查装置气密性。

②往启普发生器加入约15g锌粒，注意不要让锌粒漏到半球体中。为此，可在球

体与半球体之间加一带小孔的橡皮圈。在球形漏斗中加入250mL1:4的硫酸溶液

（往硫酸溶液中滴加几滴2mol/L硫酸铜溶液），待用。

③干燥管置满干燥剂。先在球出气口铺置一层脱脂棉，然后置入干燥剂（如氯化

钙等），不要压实，再塞一层脱脂棉。

（一）方案一

直接涂抹市售的氧化铜：事先在氧化铜粉末中加少量水，调成糊状，用玻璃

棒使之均匀地、薄薄地紧附于试管底部壁，通入验纯后的氢气，加热，5分钟后

有铜镜产生。加热时要不停地移动，以免试管炸裂。此法虽然得到铜镜时间较长，

但使糊状氧化铜均匀分布于试管底部易于控制。

①将氧化铜粉末用水稀释成糊状，用玻璃棒蘸取糊状的氧化铜，直接在试管壁

上涂约占试管长度1/4的氧化铜涂层一周，晾干。

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②经过纯化的氢气通入涂有氧化铜的试管，待排尽试管中空气后，点燃酒精灯，

加热试管外壁，加热过程中缓慢转动试管。

（二）方案二

加热硝酸铜制取氧化铜：取约5ml硝酸铜饱和液，加热使硝酸铜分解生成

黑色氧化铜。冷却，由于加热硝酸铜分解制得的氧化铜活性极好，所以通入氢气

后加热2分钟后，新鲜的氧化铜便被还原成铜，铜镜在试管底部形成。此法铜镜

产生得快，现象明显。但若将整个实验过程全部在课堂上完成，时间不够，且反

应产生的NO气体对学生伤害很大。所以最好在课前就将硝酸铜加热分解制得氧

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化铜，这样一则可以节省时间，二则可避免分解硝酸铜产生的二氧化氮气体在课

堂