氫氣還原氧化銅實驗的研究和改進

摘 要：在眾多的化學實驗中，氫氣還原氧化銅可以算得上是一個比較經典的試驗了，對它的操作方法也被人們所稱贊并被編成了口訣，為了使反應現(xiàn)象差異明顯，我們將會改進原有的操作方法，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，所以更讓人容易認可和信服。

關鍵詞：氧化銅 還原改進 顏色

中圖分類號：G4 文獻標識碼：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；反應后得到暗磚紅色的細銅粉末，不易觀察產物銅的淺玫瑰紅色及金屬亮光；而且產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，反應體系顏色變化雖較明顯，但產物顏色易混淆，真實感不強，給學生一個模糊的實驗結果，使他們對化學實驗產生疑慮，無形中就挫傷了他們的學習興趣和熱情。不僅如此，這種操作方法編成口訣“一成不變”，雖能方便學生熟記，但它卻大大地束縛了學生的思維和手足，不利于培養(yǎng)學生分析問題、解決問題以及進行實驗操作的能力，所以對此我們應該采取方法進行改進。

1 操作方法的改進

在實驗開始之前，要先取約0.5 g的氧化銅粉末，做好實驗的準備工作，然后將取到的實驗藥品放進一支干燥的試管底部，在實驗裝置的搭建過程中要嚴格按照實驗裝置圖進行搭建，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行排空處理，再對其使用酒精燈進行加熱，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，隨后反應程度不斷加劇，放出大量的熱量，反應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℃）；當加熱到一定程度后，試管的內壁會有部分水滴生成，實驗的反應大約持續(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為：300℃

CuO（s）+H2（g）==== Cu（s）+H2O（g）

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

2.2 實驗操作的關鍵是氫氣要純凈，量要充足

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

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]，國內外對這個問題的看法也不一。在很多國內外很多化學教材中，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色調的。根據(jù)1978年無機化學編寫組編寫的無機化學下冊的教材書中第230頁的內容，他們認為銅是紫紅色或黃色[9]的，但是這兩種顏色確實相差甚遠；再根據(jù)1989年A、H蓋勒羅等人在美國《化學教育雜志》的表述（以下稱為蓋文），他們認為銅的顏色是黃色的，他們之所以這樣是因為他們認為銅之所以顯現(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論，他認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，我們可以看出當前對于金屬銅的顏色問題仍舊沒有準確的定論，所以加強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論基本一致。

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

參考文獻

[1]化學教學[Z].1993，42，1.

[2]化學教學[Z].1991，17，6.

[3]化工辭典[M].燃料化學工業(yè)出版社，1969.

[4]無機化學編寫組編.無機化學（下冊）[M].人民教育出版社，1978.

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

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

[7]大連工學院金屬學及熱處理編寫小組.金屬學及熱處理[M].科學出版社，1975.

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

[9]北京師范大學無機化學教研室等編.無機化學實驗[M].高等教育出版社.