木炭作为还原剂用于金属冶炼已有几千年历史。教材用如图 Ⅰ实验介绍这一知识。
( 1 ) . 木炭与氧化铜反应的化学方程式是 ______ 。
( 2 ) . 酒精灯火焰处加有铁丝网罩,其作用是 ______ 。
( 3 ) . 固定试管时,试管口要略向下倾斜,其目的是 ______ 。
( 4 ) . 图 Ⅰ与教材中的装置还是略作了改进,实验结束时,可先用弹簧夹夹紧橡皮管,再熄灭酒精灯,这样做的目的除了防止石灰水倒吸入热的试管,使试管炸裂外,还可以防止 ______ 。
( 5 ) . 为了提高成功率,某研究小组设计如图 Ⅱ方案进行实验。
(实验研究)
分别称取 2g 木炭与 混合物,按每种比例重复实验 3 次。实验记录如下表:
总质量相同( 2g )但木炭与 比例不同的实验对比表
比例 | 1:6 | 1:7 | 1:8 | 1:9 | 1:10~1:11 | 1:12 | 1:13 |
加热时间 | | | | | | | |
实验现象 | 红热,产生大量气泡,石灰水变浑浊 | 偶尔红热,气泡较少 | |||||
实验结果 | 表层铜球较大,出现未完全反应的黑色木炭粉末,且木炭含量越高黑色粉末越多 | 反应较完全,生成亮红色网状铜块 | 部分生成 | 主要产物是 |
由实验数据分析,除温度外,影响实验的因素是 ______ ;
从产物分析,该反应混合物的最佳比例范围是 ______ 。
(装置改进)
稳定的高温是本实验成功的关键因素之一,实验装置也会影响加热的效率。图 Ⅱ装置将卧式装置改为直立式装置。实验时,将反应混合物夯实于试管底部,调节酒精灯使外焰完全包围试管的下部。你认为该设计是否更好? ______ (填 “是”或“否”);理由是 ______ 。
(交流讨论)
由于试管中有空气,实验时应注意:
①混合物需进行预热,除了使试管受热均匀外,另外的目的是 ______ 。
②从理论上讲,并不能把石灰水变浑浊作为木炭跟 开始反应的充分证据。其理由是 ______ 。
火焰集中,提高温度 防止试管口冷凝水回流到热的试管尾,炸裂试管 空气进入,使热的铜再次被氧化(说法合理即可) 混合物中木炭与氧化铜的比例 1:10~1:11 是 反应物受热均匀,并可获得持续高温 排出试管内的一部分空气 加热时木炭会与空气中的氧气反应,生成
【解析】
( 1 )碳和氧化铜在高温的条件下生成铜和二氧化碳,化学方程式为:
( 2 )加上灯罩可以使火焰更集中,提升温度,利于反应的进行;
( 3 )固定试管时,试管口要略向下倾斜,其目的是:防止试管口冷凝水回流到热的试管尾,炸裂试管;
( 4 )铜和氧气在加热的条件下生成氧化铜,所以除了防止石灰水倒吸入热的试管,使试管炸裂外,还可以防止铜被重新氧化;
( 5 )
【 实验研究 】 :通过实验可以看出氧化铜和碳粉的比例不同,得到产物也不同,由实验数据分析,影响实验的另一因素是:混合物中木炭与氧化铜的比例;从实验结果中可以得出该反应混合物的最佳比例范围即反应最充分的: 1 : 10 ~ 1 : 11 ;
【 装置改进 】 将卧式改为直立式,同时用火焰把试管包住,火焰与试管底部的接触面积变大,可以充分利用燃烧产生的热量,使反应物受热均匀,可获得持续的高温,这种设计效果会更好;
【 交流讨论 】
①由于试管内有空气,混合物需进行预热,除了使试管均匀受热外,目的是:排出试管内的一部分空气;
②由于装置内有空气,在加热时遇到木炭会生成二氧化碳,所以不能把石灰水浑浊作为木炭跟 CuO 反应的充分证据,试管中还可能发生反应:碳和氧气反应也会生成二氧化碳。
氧化铜自身具有氧化性,我们可以用氢气还原氧化铜。
灼热的氧化铜可以和氢气(H2)、碳(C)、一氧化碳(CO)等具有还原性物质反应,生成铜+X(氧化物)。
a)原理:H2 + CuOCu + H2O。
b)装置:
c)现象:试管中黑色粉末变成亮红色,试管口有液滴出现。
d)注意事项;
①试管口略向下,防止水分流入试管底部。
②先通氢气,排净小试管内的空气后再加热。
③黑色氧化铜全部转变为红色铜后,先移开酒精灯,继续
通氢气,待试管冷却至室温,方可移去导气管,停止通气。
原理 | H2+CuOH2O+Cu |
装置 | |
步骤 | ①先通氢气(直到盛氧化铜的试管内充满纯净的氢气) ②后点燃洒精灯加热 ③先熄灭洒精灯停止加热(当出现明显的实验现象后) ④后停止通氢气(等试管冷却后再停止) 简单记忆为“氢气早来晚走,酒精灯迟到早退” |
现象 | ①黑色氧化铜变成光亮红色 ②试管口处有小水珠 |
注意事项 | ①通氢气的导管必须伸入试管底部,保证与氧化铜充分反应 ②必须先通氢气后加热,否则可能会发生爆炸 ③停止加热后必须等试竹冷却后再停止通氢气,否则铜可能会重新被氧化 |
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