【工业上是用氨气还原氧化铜制取铜的.某校化学兴趣小组为探究该反应】在工业生产中,利用氨气(NH₃)还原氧化铜(CuO)制取铜是一种常见的化学反应方法。为了深入理解这一反应的原理与条件,某校化学兴趣小组围绕该反应进行了系统的研究与实验。
一、实验目的
1. 探究氨气还原氧化铜生成铜的反应条件;
2. 分析反应过程中可能产生的副产物;
3. 验证反应的可行性及反应效率;
4. 理解该反应在工业上的应用价值。
二、实验原理
氨气还原氧化铜的反应方程式如下:
$$
2NH_3 + 3CuO \xrightarrow{\Delta} 3Cu + N_2↑ + 3H_2O
$$
此反应属于氧化还原反应,其中:
- NH₃ 是还原剂,被氧化为 N₂;
- CuO 是氧化剂,被还原为 Cu。
三、实验步骤(简要)
步骤 | 操作内容 | 目的 |
1 | 将CuO粉末放入硬质玻璃管中 | 作为反应物 |
2 | 通入NH₃气体,加热至约500℃ | 引发反应 |
3 | 观察反应现象,收集生成气体 | 判断反应是否发生 |
4 | 用湿润的红色石蕊试纸检测生成气体 | 验证是否有NH₃残留或N₂生成 |
5 | 反应结束后冷却,观察固体颜色变化 | 判断是否生成铜 |
四、实验现象与结论
现象 | 解释 |
黑色CuO逐渐变为红色 | CuO被还原为金属铜,Cu呈红色 |
有无色气体产生 | 生成N₂和H₂O蒸气 |
石蕊试纸不变色 | 说明主要生成的是N₂,无剩余NH₃ |
五、反应条件分析
条件 | 影响 |
温度 | 需要较高温度(约500℃)才能使反应顺利进行 |
气体流速 | NH₃流量需适中,避免未反应的NH₃逸出 |
催化剂 | 一般无需催化剂,但可提高反应速率 |
反应时间 | 时间过短可能导致反应不完全,过长则浪费资源 |
六、实验注意事项
1. 实验应在通风良好的环境中进行,防止NH₃中毒;
2. 加热时需缓慢升温,避免剧烈反应;
3. 反应结束后应先停止加热,再停止通气,防止倒吸;
4. 注意安全操作,避免高温烫伤。
七、实验总结
通过本次实验,兴趣小组不仅验证了氨气还原氧化铜生成铜的化学反应,还掌握了相关实验的操作技巧和数据分析方法。该反应在工业上具有一定的应用价值,尤其在制备高纯度铜的过程中,具有环保、节能等优势。
此外,实验也反映出化学反应的复杂性,如副产物的控制、反应条件的优化等,都是实际生产中需要重点考虑的问题。
八、附表:实验数据记录表
实验编号 | 反应温度(℃) | NH₃流量(L/min) | 反应时间(min) | 生成铜质量(g) | 备注 |
1 | 500 | 0.5 | 20 | 1.2 | 无异常 |
2 | 520 | 0.6 | 18 | 1.3 | 副产物较少 |
3 | 480 | 0.4 | 25 | 1.0 | 反应不完全 |
通过本次探究,兴趣小组对工业上利用氨气还原氧化铜制取铜的反应有了更深刻的认识,并为今后进一步研究相关化学反应打下了坚实的基础。
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