氫氣還原氧化銅實驗探究

居玉芬

學生學習的積極性來源于濃厚的學習興趣、正確的學習動機、良好的學習方法，以及在學習過程中不斷提高的學習能力和優(yōu)良的學習效果。正確的學習動機是推動學生自覺積極學習的動力。濃厚的學習興趣能使學生處于觀察敏銳、理解迅速、記憶牢固、想象豐富、反應敏捷的積極的精神狀態(tài)。教師在教學過程中，要充分利用實驗、聯(lián)系生活實際，培養(yǎng)學生正確的學習動機、激發(fā)學生的學習興趣，使學生享受學習的樂趣，是初中化學教學的任務之一，也是減輕學生課業(yè)負擔提高課堂教學質(zhì)量的有效途徑。怎樣才能、培養(yǎng)學生的學習興趣呢？做好化學實驗是激發(fā)學生興趣、啟發(fā)學生思考、活躍課堂氣氛、培養(yǎng)學生動手能力的有效途徑。教師在平時教學中，要想確?；瘜W實驗操作程序規(guī)范、實驗現(xiàn)象明顯，每個實驗都能達到預期的教學效果，就必須下功夫研究課本中出現(xiàn)的所有實驗，對實驗現(xiàn)象不明顯或?qū)嶒炐Ч患训膶嶒炓敕皆O法加以改進，以增強實驗教學的直觀性。下面就如何做好氫氣還原氧化銅實驗，談談我的一些體會。

在氫氣還原氧化銅實驗中，往往得不到光亮的銅，實驗后試管中殘留的物質(zhì)一般為無金屬光澤的暗紅色固體，久置于空氣中會變黑。該暗紅色固體是什么物質(zhì)？它是如何生成的？怎樣才能得到光亮的金屬銅？為解決這些問題，我進行了一系列探索和研究。

首先取兩支試管，在一支中加入少許銅屑，另一支中加入少許暗紅色固體，然后向兩支試管中分別注入3ml稀硫酸，再將兩支試管同時放在酒精燈上用小火加熱1分鐘，發(fā)現(xiàn)放銅屑的試管中無明顯變化，而放暗紅色固體的試管中，溶液的顏色由無色漸漸地變成了藍色。這組對比試驗說明，銅屑在微熱的條件下與稀硫酸不反應，而暗紅色固體能與稀硫酸發(fā)生反應，由此可見，該暗紅色固體不可能是純凈的銅。那它會不會是銅和氧化銅的混合物呢？

取兩支試管，在一支中加入少許銅屑，另一支中加入少許暗紅色固體，然后向兩支試管中分別注入3ml無色的硝酸銀溶液，充分振蕩后發(fā)現(xiàn)，放銅屑的試管中，溶液的顏色逐漸由無色變成了藍色，而放暗紅色固體的試管中，溶液的顏色無明顯變化，這組對比試驗說明了銅屑能和硝酸銀溶液發(fā)生置換反應Cu+2AgNO3=Cu（NO3）2+2Ag↓，使無色的硝酸銀溶液變成了藍色的硫酸銅溶液，而暗紅色固體不能和硝酸銀溶液發(fā)生置換反應，由此可見，暗紅色固體的主要成分不可能是金屬銅。那它的主要成分究竟是什么呢？

筆者認為，它的主要成分應該是氧化亞銅。氧化亞銅為暗紅色固體，不溶解于水，在潮濕的空氣中能被緩慢氧化成氧化銅2Cu2O+O2=4CuO，在稀硫酸中能發(fā)生歧化反應Cu2O+H2SO4=CuSO4+Cu↓+H2O。暗紅色固體的性質(zhì)與氧化亞銅的性質(zhì)相吻合，所以說它的成分主要是氧化亞銅而不是銅。那么氧化亞銅是如何生成的呢？

在多項反應體系中，反應是在兩項之間的接觸面上發(fā)生的。在氫氣與氧化銅的反應中，只有與氫氣直接接觸的表面一層氧化銅，才能被氫氣還原成銅，生成的銅覆蓋在氧化銅的表面阻止了反應的進一步進行，而生成的銅層與跟它接觸的氧化銅之間又可發(fā)生反應Cu+CuO=Cu2O，依據(jù)是：一方面從離子結(jié)構(gòu)來看Cu+是3d10應該比Cu2+（3d9）穩(wěn)定，銅的第二電離能又較高，故在氣態(tài)時Cu+的化合物是穩(wěn)定的（注：在水溶液中，因Cu2+的水合熱比Cu+的水合熱大得多，故Cu+在溶液中不穩(wěn)定，會歧化為Cu2+和Cu）；另一方面從熱力學角度來看，該反應的△H（298）=-11.7KJ，△G（298）=-19.4KJ，△S（298）=24.2J/K 說明了該反應在常溫下是能自發(fā)進行的放熱反應。再由吉布斯—霍姆赫茲公式：△G=△H-T△S可以看出，△G恒小于零〔注：△H、△S受溫度影響不大，常用△H（298）和△S（298）代替△H和△S代入吉布斯—霍姆赫茲公式來估算使反應方向逆轉(zhuǎn)的最低溫度〕，該反應在任何溫度下都是能自發(fā)進行的。而在工業(yè)上，正是利用這個反應，采用銅還原氧化銅礦石的方法，來制取大量的氧化亞銅的。

怎樣才能生成光亮的金屬銅呢？關(guān)鍵是要增大氧化銅和氫氣的接觸面和盡可能避免副反應Cu+CuO=Cu2O的發(fā)生，也就是要設法得到氧化銅薄層。我對氫氣還原氧化銅的實驗做了一些改進，具體做法是：首先向干燥的試管中滴一小滴水，轉(zhuǎn)動試管使水均勻地濕潤試管底部，然后向試管中加少許氧化銅粉末，輕輕轉(zhuǎn)動試管使氧化銅粉末均勻地粘到試管底部的壁上，將多余的氧化銅倒出，用酒精燈小火烘干后再進行氫氣還原氧化銅的實驗，通過這樣的改進后反應現(xiàn)象明顯，可制得光亮的銅鏡。

在平時的教學中，教師要注重對化學實驗的研究和探討，給學生多創(chuàng)造一些親手做對比性實驗、探究性實驗的機會，讓學生做一些與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活實際密切相關(guān)的小課題研究，以培養(yǎng)學生用所學知識解決實際問題的能力。

（作者單位：江蘇鹽城市鹽都區(qū)實驗學校）