实验还原反应的探究.docx

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实验还原反应的探究

聚焦初中还原反应实验

1.下面是三套还原氧化铜的实验装置

装置甲与乙的不同点

原因（用物质性质说明）

反应物

角度

①A敞口，B密闭②A不用尾气处理，B需要点燃尾气③A试管口略向下倾斜，B玻璃管水平

①H2无毒，CO有毒

②A产物水是液体，倒流会引起试管破裂。

B产物CO2是气体

生成物

角度

A产物的检验是滴入盛有无水硫酸铜的蒸发皿，B产物的检验是通入盛有澄清石灰水的锥形瓶

白色无水硫酸铜遇水变蓝，CO2使澄清石灰水变浑浊

注意：

1.用氢气碳一氧化碳还原氧化铜，从环保的角度考虑最好的是氢气，产物生成水。

2、氢气、一氧化碳还原氧化铜是吸热反应；碳还原氧化铜是放热反应。

实验一：

氢气还原氧化铜

实验步骤：

（l）先向试管中装人氧化铜、固定试管

①试管口应倾斜向下（试管口下倾角度的稍大，实验效果更好）：

防止在试管口处冷凝的水流到试管底部使试管炸裂。

②导气管管口应伸入接近试管底部；目的是排尽试管内的空气。

③试管口不用塞子，如果试管用塞子塞住就无法排出试管内的空气

（2）通人经过验纯的纯净氢气（目的是为了防止加热时混合气体发生爆炸.）

（3）点燃酒精灯给试管加热（先预热，再集中在装有氧化铜部位加热，目的是防止试管受热不均而发生炸裂）

（4）实验结束后撤离酒精灯

（5）继续通氢气直到试管冷却（目的是防止高温时生成的铜 被空气中的氧气重新氧化为氧化铜）

（6）可能出现的其他问题：

氢气中含有酸性物质（如HCl），氧化铜与氢气中的酸性物质和水分发生反应，而变成铜离子，无法再被还原为铜单质。

实验二：

一氧化碳还原氧化铜

【现象】①黑色固体变红

②生成能使澄清石灰水变浑浊的气体实验步骤】①连好装置，检验气密性；②加入药品；

③先缓慢均与的通入一氧化碳，片刻时间后，估计空气已排净（可用试管收集尾端出口的气体，进行检验，直到无爆鸣声为止）时，点燃导管末端酒精灯

（一氧化碳有毒，注意通风，不能一开始就点燃尾气，那样有可能爆炸）；

④同时开始加热硬质大试管

熄灭硬质大试管处的酒精灯，继续通一氧化碳直至装置冷却（防止刚生成的热的铜与氧气反应，使实验失败）；

停止通入一氧化碳；

最后熄灭尾端酒精灯

【实验缺陷】一氧化碳用了太大（可以改用反应前后通入氮气：

即减少一氧化碳用量，又安全环保）

实验三：

一氧化碳还原氧化铁

实验现象：

固体粉末由红色逐渐变黑；澄清石灰水变浑浊

实验步骤：

①连好装置，检验气密性；

②加入药品；

③先缓慢均与的通入一氧化碳，片刻时间后，估计空气已排净（可用试管收集尾端出口的气体，进行检验，直到无爆鸣声为止）时，点燃导管末端酒精灯

（一氧化碳有毒，注意通风，不能一开始就点燃尾气，那样有可能爆炸）；

④同时开始加热硬质大试管（起初小心加热整个试管，然后加大一氧化碳流量，集中强热样品5分钟左右，直到红棕色氧化铁变为黑色铁）；

熄灭酒精喷灯，继续通一氧化碳直至装置冷却（防止刚生成的铁在高温下又与氧气反应，使实验失败）；

停止通入一氧化碳；

最后熄灭尾端酒精灯

【相关资料:

】一氧化碳与氧化铁在加热的条件下发生如下反应:

3Fe2O3+CO

2Fe3O4+CO2；Fe3O4+CO

3FeO+CO2；

FeO+CO

Fe+CO2；

总反应式为Fe2O3+3CO

2Fe+3CO2（注：

Fe、FeO、Fe3O4均为黑色）

【实验要点】：

①通入CO后,若加热时间短,反应不充分,则黑色产物中有大量“Fe3O4”;加热时间长,反应充分,则黑色产物主要为“铁”。

②反应产物如果在空气中冷却会被重新氧化成FeO、Fe3O4、Fe2O3,温度高时重新氧化的最终产物为红色的Fe2O3。

③用“氢气”代替“一氧化碳”做上述实验,产生的实验现象和结论亦相同。

【补充材料】：

①不通CO，单独加热玻璃管里的Fe2O3粉末，粉末也会由“红棕”色逐渐变“黑”。

所不同的是，粉末一旦冷却，又会恢复成加热前的红棕色。

原因是：

有些无机化合物的颜色随温度的升高颜色变深

②FeO不稳定，在空气中加热会迅速被氧化成四氧化三铁，隔绝空气加热会歧化为铁单质和四氧化三铁

【总结】因实验条件不同而有所差异,其固体产物有三种可能:

Fe或Fe3O4或它们的混合物

实验四：

.碳还原氧化铜

【实验操作】①连好装置，检验气密性；

②加入药品，固定装置：

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；将试管固定在铁架台上。

试管口装有通入澄清石灰水的导管；

③先预热再集中加热；

④过几分钟后，先撤出导气管，再熄灭酒精灯，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。

【实验现象】澄清的石灰水变浑浊；黑色固体逐渐变成红色。

【化学方程式】C+2CuO

2Cu+CO2↑

理论分析：

2C+O2

2COC+CO2

2CO

C+CuO

Cu+CO↑CO+CuO

Cu+CO2

【知识拓展】实际可能的反应历程：

C+2CuO

Cu2O+COCu2O+CO

2Cu+CO2

注：

若生成的固体为砖红色，那是氧化亚铜，而并非铜，实验不成功。

实验中，若温度不够高或木炭粉量不足，除有铜生成外，还会生成红色的氧化亚铜。

【总结】1、碳还原氧化铜的反应产物因实验条件不同而有所差异,其固体产物有可能是Cu、Cu2O以及其混合物等,气体产物有可能是CO、CO2以及其混合物等，

2、若题目中没有给出资料，则不用考虑Cu2O，对于剩余固体的成分有三种可能：

只有铜；铜和碳的混合物；铜和氧化铜的混合物。

【碳还原氧化铜的最佳实验条件】①木炭稍过量：

理论计算得出，mc：

mcuo的比值为1：

13.3时，两反应物恰好完全反应。

但是，由于以下二个因素，a.实验中取用的是木炭，内中含有一些盐和氧化物等等其它物质;b.要使氧化铜中的铜被充分地还原出来，木炭需要稍微过量，实验经验的比值（mc：

mcuo）为：

1：

10～1：

10.5，在此比值范围内，反应的现象最明显。

并且，木炭和氧化铜在称量之前，，应进行烘烤，除去吸附的水份，这样就可以减少反应物取量的误差，也拥有利于反应的发生。

②药品选择：

碳粉选择木炭比活性炭好，氧化铜用分析纯。

③增大反应物的接触面积，使两者充分反应,增大反应速率：

混合物研磨时间为15min及以上；④温度控制：

用火焰温度较高且稳定的酒精喷灯加热实验最佳。

（注：

碳还原氧化铁也可类推）

【例题解析】某同学为了探究木炭还原氧化铜所生成的气体产物是什么，提出了猜想：

a.可能是二氧化碳；b.可能是一氧化碳。

并设计如图所示装置进行实验，预期的实验现象及结论如下：

①若澄清的石灰水变浑浊，则气体为二氧化碳；

②若澄清的石灰水不变浑浊，则气体为一氧化碳。

请你回答：

（1）该同学的猜想是否严谨？

若不严谨，请作补充。

（2）请你对该实验装置予以评价。

；

答案：

（1）不严谨还可能是二氧化碳和一氧化碳的混合气体（1分）

（2）该装置的缺陷是：

①若产生的气体中有一氧化碳，则会造成空气污染；②若产生的气体为二氧化碳和一氧化碳的混合气体，则无法验证

考点连接：

1、实验室常用木炭粉还原氧化铜，实验装置如下图所示。

查阅资料发现：

实验中，若温度不够高或木炭粉量不足，除有铜生成外，还会生成红色的氧化亚铜。

下列有关该实验的说法正确的是

A．反应后产生的气体一定是CO2

B.反应后得到的红色固体一定是Cu

C．实验中一定发生了置换反应

D.实验结束时应先把导管从澄清石灰水中移出后，再熄灭酒精灯

2、用纯净的木炭粉还原氧化铜粉末时，可能发生如下化学反应：

C+2CuO==2Cu+CO2↑C+CuO==Cu+CO↑

某同学设计一个实验，证明氧化铜中含有氧元素，实验装置如图所示。

回答下列问题：

（1）在实验前通入氮气的目的是_________________________________；

（2）本实验能证明氧化铜中含有氧元素的证据是____________________，

写出产生该现象的化学方程式________________________________；

（3）为了使实验成功，反应物要研细混匀，而且木炭粉与氧化铜的质量比为______（填字母）效果较好。

选择该质量比的理由是_____________。

A．3∶20B．1∶12

（4）你认为本实验设计中的不足之处是_____________________________。

3、梧州市某中学化学兴趣小组按照课本实验方法（如图19甲），做木炭与氧化铜反应实验时，发现很难观察到紫红色铜的生成，却往往有暗红色固体出现。

他们决定对这个实验进行探究和改进。

【提出问题】暗红色的固体是什么？

如何选择合适的条件，使木炭还原氧化铜的实验现象更明显？

【查阅资料】铜有+1和+2两种化合价，通常情况下，氧的化合价为-2，碳的化合价为+4或-4。

【猜想与假设】

（1）同学们认为这种暗红色固体可能是一种化合物，并猜测它的化学式为。

（2）同学们还认为，通过改变反应物的状态、质量比，以及反应装置，可以使该实验现象更加明显，减少出现暗红色固体的情况。

【分析与交流】

（1）小吴建议用超细炭粉与氧化铜粉末进行实验。

你认为这样建议的原理是。

（2）小周建议用图19的乙装置替代甲装置。

与甲相比较，乙装置中将试管直立放

置的作用是。

（3）对下列三种氧化铜和碳的质量比例，小施建议选择（填选项序号）的比例。

A.32︰3B.40︰3C.48︰3

你认为小施这样选择的理由是。

【实验与结论】

同学们决定按改进后的方案进行实验，他们在检验了乙装置的后，往试管中加入已干燥的药品并开始加热，当看到澄清的石灰水刚出现浑浊时，（填“可以”或“不能”）确定氧化铜和炭粉已经开始反应。

不久，即可看到试管底部变红热，停止加热后，仍能看到红热现象，并沿试管底部自下而上蔓延，这个现象说明该反应是（填“吸”或“放”）热反应。

待反应结束，先将导气管从石灰水中取出，然后关闭止水夹，让产物自然冷却。

若不关闭止水夹，可能出现的问题是。

待产物冷却后，同学们终于找到了期待已久的紫红色铜珠，实验获得了圆满成功。

4、化学兴趣小组的同学为了测定某赤铁矿石中氧化铁的质量分数。

Ⅰ．甲同学取一定质量的赤铁矿粉与过量的木炭粉混合后，用下图所示装置以合理的操作步骤测定（假设杂质始终不发生变化）。

①实验中持续通入干燥的氮气。

加热前缓缓通入一段时间，其作用是。

②停止加热前是否需要先断开a和b的连接处以防止倒吸？

为什么？

。

③如果氢氧化钠溶液对二氧化碳的吸收是完全的，那么甲同学用氢氧化钠溶液的质最变化测定出氧化铁的质量分数将（选填“偏大”、“偏小”或“准确”），原因是。

若有误差，则减小误差的改进措施是

答案：

1.C2.

（1）排除装置内的空气，防止碳与空气中的氧气反应；

（2）澄清石灰水变浑浊

Ca（OH）2+CO2==CaCO3↓+H2O（3）B控制木炭的质量，促成二氧化碳的生成（4）没有尾气处理装置3、Cu2O（Cu4C、Cu2C等其他合理答案同样给分）

（1）固体反应物间的反应，使用颗粒更小的反应物，可以增加表面积，有利于反应的进行。

（2）有利于集中加热，使反应物受热均匀，获得持续高温。

（3）A反应中炭粉会与试管内的氧气反应而部分消耗，稍过量的炭粉有利于反应进行。

气密性不能放空气会进入反应的试管中，使生成的依然灼热的铜重新被氧化。

4、①将装置内的空气排尽；②不需要；熄灭酒精灯后，需继续通入氮气，可防止倒吸③偏小；氢氧化钠增重的质量因一氧