初探木炭还原氧化铜和电解水的实验，本文主要内容关键词为：氧化铜论文,木炭论文,电解水论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1.木炭还原氧化铜
木炭在较高温度下，能夺取氧化铜里的氧，使氧化铜还原成单质铜
。这是向初三学生揭示碳具有还原性的重要演示实验。中学化学课本对这一反应的反应物的具体用量、实验步骤和实验方法，都没做详细说明，很难掌握。实验结果看不到光泽性好的块状金属铜。后经发现，药品的配量、混和、加热及石灰水的使用，在实验操作时对实验有影响。
a.木炭与氧化铜的质量比。
木炭与氧化铜的质量比为1∶13.3，若按此量， 木炭用量实际不足，这是由于木炭本身会吸附水蒸气和空气，还有无机盐等杂质。试管中有空气存在，反应中会消耗一定量木炭，因而木炭用量要比理论值偏高，否则观察不到有明显的红色铜被还原出来或看到粉红色块状物疏松易碎。若按教学参考书中取其各半混和，木炭过量太多，结果仅能观察到生成气体使石灰水变浑浊的现象。过剩的木炭掺和在铜中很难辨认出铜或反应后生成物不结块，只能看到极少量铜屑。经过数十次的实验证明，如果用化学纯氧化铜（氧化铜含量不低于98％），木炭还原氧化铜的最佳质量比应为1∶10～1∶12为宜。反应物的总量也会影响实验效果，用量不宜过多，否则不易达到反应温度，15mm×150mm 的试管以反应物总量是1.6g为宜。
b.药品的混合。
氧化铜、木炭均呈固态状物质，两者反应受到限制，因为它们的接触面积较小，并且固体分子间的扩散力很弱。只有两者直接接触的地方才可能发生直接还原。所以，木炭要研得很细，并与氧化铜充分混合，装入试管内适度压实，否则看不到反应放热所呈现的红热状态。但要防止压得太紧，以免激烈反应的瞬间，气流冲散反应物，造成试管破裂。
c.反应的温度。
因为本实验是固相实验，并且碳的活性随温度升高而迅速增大，这样就要求实验用高温灯加热。若用煤气灯或酒精喷灯固然好，但对试管质量要求高，耐高温1000℃以上，一般学校没有。另外，煤气灯或酒精喷灯使用操作也不十分方便。实验证明，最宜控制掌握的是使用加铁纱网罩（用废旧的铁窗纱自制）的大火酒精喷灯，它的特点是灯焰平稳，温度高（500～600℃），加热的时间只需5min就达到目的。
d.石灰水的使用。
实验所用的石灰水应是新制的，澄清后即使用，石灰水的量要取得多一些，因反应中生成的二氧化碳较多。
e.实验操作。
①根据上述最佳质量比，按比例称量木炭与氧化铜，在乳钵中充分研细混匀。
②向15mm×15mm的干燥试管里加1.6g混和物，适度压实，并在其上面塞上玻璃棉，再按现行初三化学课本上的装置进行实验。
③先用酒精灯均匀加热整个试管，然后集中火力加热试管底部。随着反应的进行，生成的二氧化碳使石灰水变浑浊，待试管底的反应物开始发红时，应迅速移去酒精灯，放热反应在几秒钟内很快延展到管内所有的反应物。
④待反应完毕，红热开始转暗时，拨去带导管的橡皮塞，迅速换上一个无孔的橡皮塞，完全冷却后，倒出还原产物，得到紫红色闪亮的铜。
2.电解水
初三第二章，利用水的电解器在直流电的作用下，电解生成H[,2]，O[,2]的体积比为2∶1。实际上氢气的体积往往略大于氧气体积的2倍。影响因素较多，经过反复实验探索，就其误差原因作一分析，并提出电解水的最佳条件及采取的措施。
a.误差原因。
①氢气、氧气在水中的溶解度不同，在相同温度下，氧气的溶解度比氢气大。
②两个集气管中水柱压力不相等，在电解水停止后，两个玻璃管的气体体积不一样多，且氢气体积大于氧气体积，因而两边高度不同的水柱产生的压强不等，影响气体的溶解度。
③电解过程中产生一定的副反应。电解水时因加入硫酸或氢氧化钠电解质增大了水的导电能力或因含氯离子等其它杂质因而有不同的副反应出现。如用硫酸水溶液电解，则有
生成的过氧化氢在酸性溶液中较稳定，不易放出氧气。如用自来水或不纯的氢氧化钠配制成的电解液，因溶液中含氯离子，阳极放出的氧原子与氯离子生成次氯酸根离子，使放出的氧气量减少。
④电极氧化。铂电极不受氧化，氢与氧在铂电极上的超电压都小，然而铂太昂贵，在一般中学不易找到，往往用其它金属材料代替铂电极。由于电极取材不当，使部分氧气氧化了电极，消耗了氧气，造成体积减少。在诸多因素中电极氧化耗氧尤为重要。
b.电解水采取的措施及最佳条件的选择。
①在实验前先电解一段时间，使电解产生的氧气与氢气分别在两侧量气管的液体里溶解达到饱和。
②正式演示前，预先进行一次电解，使阳极表面形成保护膜，并将两极做上标记，以便以后固定使用。
③所用硫酸或氢氧化钠等尽可能纯净。
④电极材料的选择。电极材料与电解液及其电解质溶液的浓度一定时，电压越高，氢气与氧气的体积比越接近2∶1；电压越低，电解速度越慢，电极氧化速度越快，氧气溶于水的量越多；反之相反。故此，电极材料的选择应与电压、电解液及其浓度、电解时间的选择一并考虑。
下面以铁钉、保险丝、不锈钢、镍片做电极，分别以氢氧化钠溶液浓度为5％，10％，15％，20％，硫酸溶液体积比为1∶10，1∶8，1∶6，1∶4为电解液，电压为24V，22V，20V，18V进行探索实验，综合各组实验记录如表1。
表1 综合各组实验记录
结果在相同电压下（18～24V），相同浓度的硫酸（1∶8～1∶6）或氢氧化钠（15％～20％）作电解液条件下，铁钉作电极效果最好，当然有铂丝更好。