氫氣還原氧化銅,是化學實驗課中經典的氧化還原反應。氫氣在反應中作為還原劑,失電子和氧化銅中的氧結合生成氧化產物——水;氧化銅作為氧化劑,得電子失去氧,得到單質銅。
氫氣在常態(tài)下是一種極易燃燒,無色透明、無臭無味的氣體。氫氣是世界上已知的密度最小的氣體,氫氣的密度只有空氣的1/14,即在0 ℃時,一個標準大氣壓下,氫氣的密度為0.0899 g/L。所以氫氣可作為飛艇、氫氣球的填充氣體(由于氫氣具有可燃性,安全性不高,飛艇現(xiàn)多用氦氣填充)。氫氣是相對分子質量最小的物質,主要用作還原劑。
現(xiàn)在工業(yè)上一般從天然氣或水煤氣制氫氣,而不采用高耗能的電解水的方法。制得的氫氣大量用于石化行業(yè)的裂化反應和生產氨氣。氫氣分子可以進入許多金屬的晶格中,造成“氫脆”現(xiàn)象,使得氫氣的存儲罐和管道需要使用特殊材料(如蒙耐爾合金),設計也更加復雜。醫(yī)學上用氫氣來治療部分疾病。
一、氫為燃料最潔凈。氫的燃燒產物是水,對環(huán)境不產生任何污染。相反,以汽油,柴油為燃料的車輛,排放大量氮氧化物、四乙基鉛[Pb(C2H5)4],會導致酸雨,酸霧和嚴重的鉛中毒。更重要的是,廢氣中還含有3,4-苯并芘的強致癌物質,污染大氣,危害健康?,F(xiàn)世界各國對以氫為新型能源的研究頗為重視。日本于1984年5月24日在富士高速公路以每小時200千米速度首次試車(以氫為燃料)成功。
二、資源豐富。以水為原料,電解便可獲得。水資源在地球上相對主要燃料石油,煤也較豐富。
三、熱值高。氫燃燒的熱值高居各種燃料之冠,據(jù)測定,每千克氫燃燒放出的熱量為1.4*10^8J,為石油熱值的3倍多。因此,它貯存體積小,攜帶量大,行程遠。
氫氣要安全儲藏和運輸并不容易,它重量輕、難捉摸、擴散速度快,需低溫液化,會導致閥門堵塞并形成不必要的壓力
氧化銅(CuO)是一種銅的黑色氧化物,略顯兩性,稍有吸濕性。相對分子質量為79.545,密度為6.3~6.9 g/cm3,熔點1326℃。不溶于水和乙醇,溶于酸、氯化銨及氰化鉀溶液,氨溶液中緩慢溶解,能與強堿反應。氧化銅主要用于制人造絲、陶瓷、釉及搪瓷、電池、石油脫硫劑、殺蟲劑,也供制氫、催化劑、綠色玻璃等用。
以銅灰、銅渣為原料經焙燒,用煤氣加熱進行初步氧化,以除去原料中的水分和有機雜質。生成的初級氧化物自然冷卻,粉碎后,進行二次氧化,得到粗品氧化銅。粗品氧化銅加入預先裝好1:1硫酸的反應器中,在加熱攪拌下反應至液體相對密度為原來的1倍,pH值為2~3時即為反應終點,生成硫酸銅溶液,靜置澄清后,在加熱及攪拌的條件下,加入鐵刨花,置換出銅,然后用熱水洗滌至無硫酸根和鐵質。經離心分離、干燥,在450℃下氧化焙燒8h,冷卻后,粉碎至100目,再在氧化爐中氧化,制得氧化銅粉末。
氫氣還原氧化銅的實驗原理是氫氣與氧化銅在加熱條件下反應生成銅和水。實驗開始時,由于氫氣具有可燃性,為防止點燃酒精燈時,使氫氣與空氣的混合氣體發(fā)生爆炸,應先通入氫氣,先將試管中的空氣排出,然后再點燃酒精燈加熱;實驗結束時,為防止生成的銅在高溫下再次被氧化,應先熄滅酒精燈,停止加熱,然后繼續(xù)通入氫氣至試管冷卻.
因此氫氣還原氧化銅的步驟是:通入氫氣→加熱→停止加熱→停止通入氫氣.