木炭还原氧化铜实验优化条件
一、实验目的
1、 加深对碳还原氧化铜实验原理、影响因素的理解; 2、 进一步学会利用简单的比较法进行实验探究; 3、 提高分析问题、解决问题的能力。 二、中学教学中存在的问题
1、木炭和氧化铜的质量比难以把握,反应物的比例不但影响反应的快慢而且关系到反应后生成物的状态。反应后无论哪种物质有剩余,都会在生成物中掺入黑的物质,影响实验的直接观察。
2、使用酒精灯加热,反应速率太慢,所需时间太长,实验演示成功率低,现象不明显。 反应物混合不均匀、反应物接触的面积小,是反映进行得很慢或反应不完全。 3、最后冷却时,空气进入试管,很容易将灼热的铜重新氧化,导致实验失败。 三、实验原理
C + 2CuO = 2Cu + CO2↑
该实验为固体与固体的反应, 反应物均为黑色粉末,反应放热,放出CO2气体,可用澄清石灰水进行检验。 四、实验任务
1、了解此次实验所需化学药品的物理化学参数
2、明确原料选择、实验条件的选择和确定、仪器选择和装置设计、实验步骤的设计 3、确定相关化学药品在实验过程中的用量,采取节能降耗措施 五、影响实验的因素及其影响规律
1、炭与氧化铜的混合比例、木炭的选择以及炭与氧化铜的混合程度(炭与氧化铜的碾磨时间)
2、炭与氧化铜是否经过干燥 六、实验设计过程
1、原料的选择:活性炭、氧化铜(纯化学)
2.原料前处理:药品需干燥,研磨,反应发生在无水环境中才能顺利反应 3.反应物用量:质量比在C:CuO 1:(10~11)[3]范围内最为适宜 4.反应温度:用酒精喷灯
5.仪器与装置的思考;固体+固体
七、仪器药品
药品:木炭、分析纯氧化铜
气体
仪器:硬质试管、铁架台、铁纱罩、量筒、钥匙、秒表、铁三脚架、泥三角、蒸发皿、酒精灯
八、实验装置图
改进后的实验:加上保护装置后,先撤去酒精灯,就不会由于反应器内压减小而导致石
灰水倒流的现象,同时也避免了空气进入反应器而造成新制取的铜再被氧化成氧化铜的结果。
九、实验步骤
(一)探究木碳与氧化铜的混合比例 1、按照上图装置安装好装置检查气密性 2、将木炭与氧化铜分别用蒸发皿干燥
3、将木碳与氧化铜按质量比[1]为1.1:9,1.1:9.5,1.1:10,1.1:10.5,1.1:11,1.1:11.5,的质量比混合,碾磨时间为15min且混合均匀。并用澄清石灰水检验生成的CO2。 实验记录表格
用不同种类的碳粉和氧化铜实验
还原剂的种类也是影响该实验的一个因素。选用木炭、还原性碳粉、石墨作还原剂。分别和氧化铜做实验。称取炭粉都为1.1g按比例为木碳与氧化铜的质量比为1.1:10混合[2],在反应之前分别将其干燥,混合碾磨时间为15min找出最佳还原剂
十一、成功关键及注意事项 成功的关键:
1、木碳与氧化铜的比例恰当;木碳与氧化铜都是干燥的,活性正常;温度要求很高,采用了铁丝罩增加温度。
2、原料易得,实验时间短,易于操作,成功率高,现象明显。 注意事项:
1、木炭与氧化铜的实验温度要求很高,需加铁丝罩增加温度,应采用硬质试管,反应混合物必须干燥保障其活性。必须混合均匀,用玻璃棒压紧填装的粉末。组装装置时,试管口应稍微向下倾斜,在吸收CO2斜时需加一个倒置的漏斗防止倒吸,这样可以减少副产物Cu2O的产生。
2、实验室放置的木炭因与空气接触,活性很低,故需在火上烘烤木炭,冷却后,
再在研钵内研成木炭粉。
3、为了使二氧化碳能被石灰水完全吸收,广口瓶里一定要盛满饱和的石灰水,并且瓶内的进气管要插到接近瓶底的位置。吸收二氧化碳的主反应是:CO2+Ca(OH)2=H2O+CaCO3↓;如产生的二氧化碳过多,还会发生如下反应:CO2+H20+CaCO3=Ca(HCO3)2。
参考文献
[1]叶久德.碳还原氧化铜的实验探讨与改进[ J] .教学仪器与实验, 2013年第四期 [ 2] 董耀华. 碳还原氧化铜的实验探讨与改进[ J] . 教学仪器与实验, 2000, 4 ( 11): 7. [ 3] 陈利洲. 怎样做好碳还原氧化铜的实验[ J]. 中学化学, 1996, 5 ( 1): 33.