文档介绍：浅谈我对木炭还原氧化铜的几点感悟
化学是一门以实验为基础的学科,演示实验是一个最直接、有效的学习化学知识的手段,能让学生感受到化学就在身边,从而激发学生的学习兴趣,成功的演示实验对于教学来说尤为重要,只有现象明显的演示实验才是学习的助推剂。木炭还原氧化铜是初中化学的重点内容之一,这个实验的难度较大,且成功率比较小,稍不注意就会失败。以下是我从几年实际的教学中对该实验的几点感悟:
一、木炭还原氧化铜为什么需要较高的温度
用大学无机化学中的焓变,能够计算出 H∞<0,则该反应是一个放热反应那为什么还需要较高的温度?因为物质发生化学变化的过程,是原子重新组合的过程。必须破坏反应物内的化学键,形成新的化学键,才能得到新物质。要克服旧键断裂前的引力和新键形成前的斥力,相互作用的微粒必具有足够大的能量。也就是说,存在着一个对化学反应速度影响极大的活化能问题。木炭还原氧化铜的反应物晶体中,都存在着强的化学键。如使用的木炭,实质上有着石墨的晶体结构,碳原子以SP2杂化轨道与邻近的3个碳原子形成键能很大的C—C共价单键,并排列成六角平面的网状结构,整体结构异常稳定。所以,尽管每个碳原子还有一个自由的P电子,石墨的熔点也只比金刚石低50K左右,高达3300K以上。氧化铜也非常稳定,若无其他因素存在,仅凭加热铜氧间的化学键,那只有超过1273K时,氧化铜才能释放出氧,变成氧化亚铜。两反应物晶体结构的稳定,使木炭还原氧化铜的变化具有高的活化能。加之这个反应是固体和固体间的反应,变化只能在表面进行,更增加了反应的困难程度。不过,在经过研磨的木炭和氧化铜的晶体表面,有大量原子的化学键不饱和,甚至严重不饱和,具有很高的化学活性,所以在加热的过程中,尽管整个反应体系不能在现出剧烈的现象,但仍有一些反应物发生变化,能观察到澄清的石灰水变浑浊,在反应完后,在黑色的粉末里有一些红色的物质,说明有二氧化碳和单质铜生成。不过,若控制好一些重要的实验条件,该反应仍能剧烈进行,出现明显的实验现象。
二、木炭和氧化铜放出热量的实验事实
在近几年的化学资料上,己经有了木炭和氧化铜实验现象的描述。我们在演示实验教学中,组织学生对这一反应进行过几十次的实验和研究,结论是,控制好实验条件,能使木炭和氧化铜的反应剧烈地发生,观察到下列现象:(1)对木炭和氧化铜的混合粉末加热一定时间后(短的2分钟,长的6多分钟),部分反应混合物开始燃烧;此时移走酒精灯,燃烧继续,几秒钟后燃烧完全,反应停止。燃烧本身就发光、发热。当燃烧开始后,停止加热而燃烧继续,则证实了反应放出的热量,足以使还未反应的混合物的温度升高到燃烧所需要的温度;(2)将木炭和氧化铜反应生成的产物在封闭的状态下冷却后取出观察,发现各次实验所得到的固体产物的形态各不相同,可分3种情况:①紫红色铜块,铜块有部分光亮的表面,挤压不烂;②紫红色小铜珠,坚硬、光亮,在一次实验中可同时得到几粒到十几粒;③整个反应混合物烧结成一整块,颜色为红色到暗红色,光泽不好,加压易碎,但不能压成粉末状。(3)木炭还原氧化铜的气体产物,能使澄清的石灰水变浑浊,证明反应产生的气体是二氧化碳。本实验取用的木炭和氧化铜,均被研磨成了极细的粉末,反应后变成铜块和铜珠,说明该反应生成的铜起码有一部分经过了熔化过程,这个过程是绝对不可能靠酒精灯的火焰温度就完成的,而只可能是反应本身