碳还原氧化铜实验探究讲授提要.doc

木碳还原氧化铜实验条件优化讲授提要第一部分 木碳还原氧化铜实验基本理论一、现行实验及存在的问题1.现行实验方法： ( 初中化学教材人教 2012 版 p110)把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀， 小心地铺放进试管， 并将试管固定在铁架台上 试管口有通入澄清石灰水的导管，用酒精灯（可加网罩以使火焰集中并提高温度，最好使用酒精喷灯）加热混合物几分钟然后先撤出导气管， 待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上 观察现象并分析 装置图如下：2.实验现象该实验成功的现象有三个方面： (1)反应有着剧烈的 “红热现象 ”； (2) 有光亮的紫红色块状或颗粒状固体生成； (3) 澄清石灰水变浑浊三现象缺一不可， (1)证明了反应是一个放热反应，也是实验成功的首要标志， (2)和 (3)分别证明了 Cu 和 CO2 的生成 张翼 , 黎国兰 .碳还原氧化铜实验条件优化探究 [J]. 绵阳师范学院学报 ,2008,27(8):58-613.实验存在的问题：“木炭还原氧化铜 ”实验是初中教材中的难点 ,也是所有演示实验中成功率最低的一个在实际的教学中主要存在如下六个方面的问题 苏秀芳 . 对炭还原氧化铜实验的探讨 [J]. 南宁师范高等专科学校学报 .2002,19(3):79-80（ 1）难以看到 “红热现象 ”；（ 2）常常产生砖红色固体，而非光亮的紫红色块状或颗粒状固体；（ 3）反应产物中夹杂黑色物质；（ 4）一些中学无酒精喷灯，用酒精喷灯加热时，试管易变形，费时，噪音大；（ 5）石灰水易倒吸，使试管破裂；（ 6）生成物中 CO 的随意排放可能带来健康危害。

其中（ 1）和（ 2）两个问题是实验最难于解决的问题1.C+2CuO=Cu 2O+CO..(1)CO+Cu 2O=2Cu+CO 2(2)C+2CuO=2Cu+CO 2..(3)C+O 2=CO 22C+O2=2COCuO+CO=Cu+CO 2C+CO 2 =2CO2CO+O 2=2CO2“ ” 1026C+2CuO=Cu 2O+CO..(1)rH0m(298K)=35.475KJCO+Cu 2O=2Cu+CO 2(2) rH0m(298K)=-114.384KJCO+CuO=Cu+CO 2(3) rH0m(298K)=-125.681KJ CO2 CO H2“ ” 10262CuO=Cu 2O+1/2O 2 ..(4) rH0m(298K)=146.000KJ2C+O2=2CO .(5) rH0m(298K)=-221.050KJCO+Cu 2O=2Cu+CO 2(6)CO+CuO=Cu+CO 2(7)2. 1026阶段反应体系温度主要反应实验现象特点第一C+2CuO=Cu 2O+CO无“红热 ”、暗红色粉速率慢，转化率小、维持1026℃以下CO+Cu2 O=2Cu+CO 2阶段末、少量气体时间约 1~2min 左右CO+CuO=Cu+CO 21026℃ ~1083.4℃2CuO=Cu 2O+1/2O2“红热 ”、网状铜、大第二2C+O 2=2CO量气体速率快，转化率大，维持阶段大于 1083.4℃CO+Cu2 O=2Cu+CO 2“红热 ”、铜珠、大量时间共约数秒CO+CuO=Cu+CO 2气体在第一阶段， 加热下 C 与 CuO 在吸收热能后发生反应生成 Cu2 O 和 CO，CO 再与 Cu2O生成 Cu 和 CO2，并放出热量，使反应体系温度进一步升高，许多不成功的实验往往停留在第一阶段。

实验是否成功主要由这一阶段的温度提升情况决定若反应量大，反应速率大，提供的热能大，散热少，温度容易提高到 1026℃而进入第二阶段因此提高反应量，有效提供热能及减小散热是实验改进的基本思路在第二阶段， CuO 获得能量在 1026℃分解为 Cu2O 和 O2，此时， C 与 O2 发生不完全燃烧生成 CO，红热过程实质是C 的不完全燃烧过程，然后CO 还原 Cu2O 为 Cu，反应产生的大量热量进一步提升温度，如果温度处在铜熔点 1083.4℃以下红热” 后得到的是网状铜，如果体系温度高于 1083.4℃，得到铜珠铜珠的出现，是由于表面张力的作用致使液态Cu冷却后成比表面最小的球状三、红热前反应的热力学分析在不同温度下的热力学函数数值温度 △ rH0m △rG0m △ rS0m方程式（ K ） （ KJ?mol-1） （KJ?mol-1） （ KJ?mol-1）298 33.1900-25.1690200.7030C+2CuO=Cu 2O+CO100025.1674-163.6691188.8365298 -116.3040-114.8150-11.5580CO+Cu 2O=2Cu+CO 21000-119.0595-101.3980-17.6615298 -83.1140-139.9840189.1450C+2CuO=2Cu+CO21000-93.8921-256.0671171.1750木碳还原氧化铜是分为两步进行的。

(1) 式和 (2)式在298K 、 1000K的△ rG0m均小于零，两个反应都有自发进行的趋势△rH0m 表明，(1)式为吸热反应，(2) 式为放热反应，总反应为放热反应升高温度有利于(1) 式反应的进行对于C 还原CuO实验，关键是要引发 (1)，即需要较高的温度使反应物升温迅速达到(1) 的活化温度(2) 式反应放出的热量进一步提升体系温度，进一步加速了(1) 式和 (2)式反应相关物质物理化学参数相对分溶解性熔点密度名称分子式颜色、状态子质量（ g）（℃）（ g/cm 3）氧化铜石墨木炭碳酸氢钠碱式碳酸铜铜氧化亚铜二氧化碳一氧化碳黑色至棕黑色无CuO 79.55定形或结晶粉末黑灰色无定形粉C 12.0末深褐色或黑色多C 12.0孔固体NaHCO 3 84.01 白色细小晶体草绿色的单斜系结晶纤维状的团Cu 2(OH) 2 CO 3221.12状物，或深绿色的粉状物紫红色光泽的金Cu63.55属Cu 2O143.09红色结晶性粉末CO244无色无味气体无色无味的有毒气CO28.01体，空气中爆炸极限 12.5%～ 74%1026 分不溶 6.315解3000 以不溶 1.9~2.3上不溶 1.3 ～ 1.47.8270 2.159（ 18 ℃）220 ℃时不溶于水 3.85 分解不溶 1083.4 8.92不溶 1235 6.0可溶-56.61.98 g/L难溶-2071.250 g/L木炭灰分含量在 6%以内，孔隙占木炭体积 7%以上。

CuO：熔点 1326℃，不溶于水 溶于稀酸， 氰化钾与碳酸铵溶液， 缓慢溶于氨水 在 1026 ℃以上分解为氧化亚铜与氧气，加热时易被氢、碳、一氧化碳、氨等还原为铜可用作制玻璃或瓷器的着色剂 (蓝色或绿色 )、有机合成的催化剂、油类的脱硫剂，还用于气体分析由碳酸铜或硝酸铜受热分解制得四、动力学分析 —— 影响反应速率的主要因素及可采取的措施思考几个问题： 1.为什么有的实验结果是光亮的铜珠 ?而有的是网状 Cu?2.为什么有的实验无法产生 “红热 ”现象，而有的甚至采用酒精喷灯也无 “红热 ”现象？ 3.砖红色产生的原因是什么？ 4.最好结果的实验现象是什么？ 5.本实验为什么会产生 “红热 ”现象？1.反应体系的温度反应体系的温度越高，反应越容易进行，温度是决定实验成功的决定性因素对于固 -固反应， 通常具有很高的活化能， 升高温度不仅能提供反应所需活化能， 同时可提高固相质点的传质速率，从而加速反应实验室常用的加热器中，酒精灯加热温度可达 400-500℃（外焰温度可达 610℃）；加防风罩酒精灯，加热温度可达 500-600℃（外焰温度可达 700℃）；酒精喷灯加热温度可达700-900℃。

如果仅靠这些加热器提供的热能，是无法达到产生红热现象的 1026℃的，实验的成功是要依靠反应（ 2）提供的反应热来提升温度提高反应温度可采取如下措施：（ 1）选用适宜的加热器验室常用的加热器有由于酒精喷灯的一些弊端，选择防风罩酒精灯最为适宜 2）增粗灯芯及适度增长灯芯外露部分，增大灯焰 [ 贾玉江，贾华娜 .木炭还原氧化铜实验教学研究 [J]. 中学化学教学参考， 2005，（ 1， 2）： 64]（ 3）选择适宜的固体总量温度能否达到 1026℃而出现“红热”现象，取决于三个方面：供热升温速率、散热降。