氫氣還原氧化銅實驗的研究和改進(jìn)

摘 要：在眾多的化學(xué)實驗中，氫氣還原氧化銅可以算得上是一個比較經(jīng)典的試驗了，對它的操作方法也被人們所稱贊并被編成了口訣，為了使反應(yīng)現(xiàn)象差異明顯，我們將會改進(jìn)原有的操作方法，我們會將實驗得到的銅粒放在室溫、自然光的條件下銅粒的光澤就會顯現(xiàn)出來，真實感也很強(qiáng)，所以更讓人容易認(rèn)可和信服。

關(guān)鍵詞：氧化銅 還原改進(jìn) 顏色

中圖分類號：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）01（c）-0114-01

根據(jù)“先通氫，后點燈、先取燈，后撤氫”等方法操作；反應(yīng)后得到暗磚紅色的細(xì)銅粉末，不易觀察產(chǎn)物銅的淺玫瑰紅色及金屬亮光；而且產(chǎn)物顏色和氧化亞銅的暗紅色及銅和氧化亞銅二者的混合物顏色混淆。實驗前后，反應(yīng)體系顏色變化雖較明顯，但產(chǎn)物顏色易混淆，真實感不強(qiáng)，給學(xué)生一個模糊的實驗結(jié)果，使他們對化學(xué)實驗產(chǎn)生疑慮，無形中就挫傷了他們的學(xué)習(xí)興趣和熱情。不僅如此，這種操作方法編成口訣“一成不變”，雖能方便學(xué)生熟記，但它卻大大地束縛了學(xué)生的思維和手足，不利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題以及進(jìn)行實驗操作的能力，所以對此我們應(yīng)該采取方法進(jìn)行改進(jìn)。

1 操作方法的改進(jìn)

在實驗開始之前，要先取約0.5 g的氧化銅粉末，做好實驗的準(zhǔn)備工作，然后將取到的實驗藥品放進(jìn)一支干燥的試管底部，在實驗裝置的搭建過程中要嚴(yán)格按照實驗裝置圖進(jìn)行搭建，注意保證實驗的氣密性處于良好的狀態(tài)之下。然后再將取到的試驗樣品放置在小試管的中央位置，這時候需要注意的是一定不能要試管口被氧化銅粉末堵塞住，先向試管通入幾秒鐘的氫氣進(jìn)行排空處理，再對其使用酒精燈進(jìn)行加熱，加熱1～2分鐘之后，溫度會持續(xù)上升至約350℃左右，這時候再向其中通入純凈的充足的氫氣，隨后反應(yīng)程度不斷加劇，放出大量的熱量，反應(yīng)體系的溫度升的很高，使還原出來的銅粉末隨即熔融成麥粒大小、具有明顯金屬亮光的銅粒（銅的熔點是1083℃）；當(dāng)加熱到一定程度后，試管的內(nèi)壁會有部分水滴生成，實驗的反應(yīng)大約持續(xù)1分鐘，之后再停止加熱，但是要繼續(xù)通氫氣至試管冷卻。

2 實驗原理討論及說明

2.1 氫氣還原氧化銅的反應(yīng)為：300℃

CuO（s）+H2（g）==== Cu（s）+H2O（g）

經(jīng)計算知，在350℃時，反應(yīng)的ΔHф=-92 kJ·mol-1，反應(yīng)放出的熱量可使體系溫度達(dá)到約2200 K，說明反應(yīng)過程的確放出大量的熱，致使反應(yīng)體系的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于銅的熔點，所以，在反應(yīng)的同時，得到的銅粉末隨即熔融，冷卻后得到塊狀銅粒。

2.2 實驗操作的關(guān)鍵是氫氣要純凈，量要充足

加熱用的酒精燈焰應(yīng)稍大一些或用三芯酒精燈，這樣可使全部反應(yīng)物得到加熱且迅速達(dá)到較高的溫度，滿足反應(yīng)所需的條件。以便反應(yīng)能很好的劇烈進(jìn)行。

2.3 有人會說上述方法會不安全，可能發(fā)生危險，這種說法是沒有根據(jù)的

3 金屬銅顏色辨析

對于銅究竟是什么顏色這個問題目前有很多爭議[1～4]，國內(nèi)外對這個問題的看法也不一。在很多國內(nèi)外很多化學(xué)教材中，對于銅的顏色的表述也不盡相同，但是多數(shù)還是以紅色為主，但是也有紫紅色[6]、玫瑰紅色[7]、棕紅色[8]的表述，盡管對于銅的金屬顏色表述具有一定的差異性，但是都是以紅色作為基礎(chǔ)色調(diào)的。根據(jù)1978年無機(jī)化學(xué)編寫組編寫的無機(jī)化學(xué)下冊的教材書中第230頁的內(nèi)容，他們認(rèn)為銅是紫紅色或黃色[9]的，但是這兩種顏色確實相差甚遠(yuǎn)；再根據(jù)1989年A、H蓋勒羅等人在美國《化學(xué)教育雜志》的表述（以下稱為蓋文），他們認(rèn)為銅的顏色是黃色的，他們之所以這樣是因為他們認(rèn)為銅之所以顯現(xiàn)淡紅色，主要還是由于銅在空氣中被氧化成Cu2O所引起的。然而，1993年李雄記在《化學(xué)教育》發(fā)表的文章—— 銅究竟是什么顏色的（以下稱為李文）？直接否定了蓋文的結(jié)論，他認(rèn)為銅無論是塊狀還是粉末狀都是呈紫紅色的。根據(jù)這些對于銅顏色的不同看法，我們可以看出當(dāng)前對于金屬銅的顏色問題仍舊沒有準(zhǔn)確的定論，所以加強(qiáng)這方面的研究就顯得尤為重要了。

首先，筆者通過實驗證實，銅的確是黃色的，銅的紅色是銅在空氣中被氧化很易生成Cu2O所引起的；又因所今Cu2O的量不同，所呈現(xiàn)的紅色又各不同。這一事實與蓋文的結(jié)論基本一致。

其次，就李文的結(jié)論而言，銅不應(yīng)是紫紅色的，應(yīng)該是黃色的，且不論用甲醇及乙醇做實驗的結(jié)論。單就用丙酮還原紅熱的銅片（表面含氧化銅）做實驗的結(jié)論來說，李文的實驗結(jié)果是不夠確切的。因為按此方法實驗，多人已經(jīng)證實該實驗條件下銅的基本色調(diào)是黃色的，而李文的實驗結(jié)果卻不能與其相互吻合。況且，李文的實驗都是在高溫下進(jìn)行的，所得顏色必定與在室溫情況下的不符。因此，不能作為評判的標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]化學(xué)教學(xué)[Z].1993，42，1.

[2]化學(xué)教學(xué)[Z].1991，17，6.

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[4]無機(jī)化學(xué)編寫組編.無機(jī)化學(xué)（下冊）[M].人民教育出版社，1978.

[5]戴安邦.無機(jī)化學(xué)教程（第二版）下冊[M].2版.人民教育出版社，1972.

[6]北京師范大學(xué)等三院校無機(jī)化學(xué)教研室編.無機(jī)化學(xué)（下冊）[M].人民教育出版社，1981.

[7]大連工學(xué)院金屬學(xué)及熱處理編寫小組.金屬學(xué)及熱處理[M].科學(xué)出版社，1975.

[8]李振寰.元素性質(zhì)數(shù)據(jù)手冊[M].河北人民出版社，1985.

[9]北京師范大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室等編.無機(jī)化學(xué)實驗[M].高等教育出版社.