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掺铜TiO_2光催化剂光催化氧化还原性能的研究

掺铜TiO_2光催化剂光催化氧化还原性能的研究
掺铜TiO_2光催化剂光催化氧化还原性能的研究

第23卷 第5期感光科学与光化学Vo l.23 N o.5 2005年9月Pho tog raphic Science and P hotochemistr y Sept.,2005 研究论文

掺铜TiO2光催化剂光催化氧化

还原性能的研究

吴树新1,2,3,尹燕华2,何 菲1,秦永宁1

(1.天津大学化工学院,天津300072;2.第718研究所,河北邯郸056027;

3.唐山师范学院化学系,河北唐山063000)

摘 要:利用浸渍法制备了掺铜二氧化钛光催化剂,分别以乙酸降解和二氧化

碳还原反应为探针,研究了催化剂的光催化氧化光催化还原性能.结果表明,铜

掺杂能显著提高催化剂的光催化性能;结合光电子能谱、X光衍射分析等物理

表征结果,对铜掺杂改性机制进行了讨论.

关键词:光催化;乙酸;铜离子掺杂;XPS;TiO2;二氧化碳还原

文章编号:1000 3231(2005)05 0333 07 中图分类号:O64 文献标识码:A

纳米级二氧化钛具有合适的禁带宽度、较大的比表面积、较高的光化学稳定性、较强的氧化还原性及无毒、成本低等优点,被广泛用作光催化反应的催化剂,但从其光催化效率看,还存在半导体载流子复合率高等缺点[1].为提高光催化效率,必须有效抑制光生载流子的复合,为此,人们采用了多种手段如贵金属沉积、利用不同能级的半导体进行耦合以及金属离子掺杂等对纳米二氧化钛进行改性[2 4].其中过渡金属离子掺杂被认为是一种有效手段,但人们对掺杂改性的机理还未达成共识,而且掺杂催化剂的评价大多仅考察其光催化氧化性能[5,6]或光催化还原性能[7],而从氧化和还原两个方面同时考察掺杂催化剂的研究还少见报道.本文利用浸渍法制备了掺铜二氧化钛光催化剂,分别以乙酸降解和二氧化碳还原反应为探针,考察了催化剂的光催化氧化和光催化还原性能,并利用光电子能谱、X光衍射分析等物理表征手段,对铜掺杂改性机制进行了初步的探讨.

1 实验部分

1.1 催化剂的制备与表征

收稿日期:2005 03 07;修回日期:2005 06 03.通讯联系人:尹燕华.

作者简介:吴树新(1968 ),男,副教授,博士研究生,主要从事绿色化学和新型催化技术的研究,E mail:hdwushx @https://www.wendangku.net/doc/ab2060110.html,.

333

掺铜二氧化钛利用浸渍法得到:用计量的锐钛矿型二氧化钛超声分散于计量的硝酸铜溶液中,超声时间为15min.然后在烘箱中80 烘干,450 焙烧2h.得到掺铜量分别为0.08%、0.2%、0.8%、2%、8%、10%的掺铜二氧化钛.

采用日本理学D/MAX 2038型X 射线衍射仪分析催化剂物相结构;实验所用的XPS 装置是美国Pekin Elmer 公司生产的PH 1600型能谱仪,以本体的污染碳Cls 结合能(284.6eV)为标准,对样品进行核电校正,从而确定元素的结合能.

1.2 光催化剂的活性评价

反应器为三层同心圆筒形装置[8],最外两层为普通玻璃,中间层由石英玻璃制成.光源为125W 中压汞灯,主波长为365nm.

以乙酸水溶液降解评价其光催化氧化性能:将0.6g 催化剂加入300mL 浓度为250mg/L 的乙酸水溶液中,摇匀.打开汞灯预热5min,通冷却水,使反应体系温度维持在室温.光照过程中,中速电磁搅拌,以200mL/m in 通入空气.反应2.5h 后,分析体系COD,扣除物理吸附和光解的影响,计算降解率[9].

以二氧化碳还原反应评价催化剂光催化还原性能:反应底液为碳酸钠和亚硫酸钠的混合溶液,体积为200mL,其中碳酸钠的浓度为0.25mol/L,亚硫酸钠的浓度为0.08mol/L,催化剂投加量为0.2g /100mL,二氧化碳流量为120mL/min,以反应6h 后还原产物的种类及累积浓度作为评价催化剂性能的指标,还原产物分析方法见文献 .2 结果与讨论

表1是掺铜前后催化剂光催化氧化性能的比较.可以看出,随着掺铜量从质量分数0.08%提高到10%,乙酸的消除率先是逐渐提高,并在0.2%时达到最大,随后便逐渐降低.

表1 掺杂前后光催化氧化性能的比较

Comparison of photocatalytic oxidation activity before and after doping

掺杂浓度(%,质量分数)

00.080.20.8210100降解率D (%)21.5255.263.1635.8222.629.3 4.7

图1是未掺杂二氧化钛和掺杂0.2%铜的二氧化钛催化剂上光催化还原二氧化碳还原产物的情况.从图中可以看出,未掺铜催化剂上光催化还原产物只有甲酸和甲醛,而掺铜后的催化剂上除了这两种产物外,还出现了甲醇,说明掺铜后催化剂的光催化还原能力得到了提高.

图2是掺铜前后样品的XRD 图,发现掺铜催化剂除了二氧化钛外,并未出现其它晶相.考虑到掺铜量为0.2%,铜物种可能进入二氧化钛晶格中,或者高度分散于二氧化钛表面[10].

利用XPS 分析了掺铜催化剂表面组成和元素价态,发现铜含量为0.8%,高于掺杂 杨秋华.纳米钙钛矿光催化性能的研究[D].博士学位论文,天津大学化工学院,2002.

334 感 光 科 学 与 光 化 学第23卷

图1 掺杂前后催化剂上还原产物情况

The reduction products on th e doped(0.2%)and undoped catal ysts

量0.2%,说明铜物种有表面富集的倾向.

图3是掺铜0.2%的催化剂的XPS 图谱.根据峰形特点及元素结合能数据可知,催化剂表面的铜物种有两类,932eV 附近的+1价铜及933eV 附近的+2价铜[11].氧物种也是两类结合能,即位于529eV 的晶格氧和530eV 附近的吸附氧[12]

.

图2 掺杂前后的XRD 图

D patterns of catalysts (a)before and (b)after doping(0.2%)

表2给出了掺铜催化剂的O1s XPS 拟合结果.从图3(a)和表2可知,掺杂前后催化剂表面虽然都存在两类氧种,但铜掺杂使表面吸附氧提高了.在光催化氧化过程中,表面吸附氧对于捕获光生电子、抑制电子空穴复合具有非常重要的作用[13].这很可能是掺铜催化剂光催化氧化性能得以改善的原因之一.对于光催化还原过程,由于反应在二氧化碳气氛中进行,因此,催化剂的表面吸附氧捕获电子的过程将被抑制,表面吸附氧性能对光催化反应的影响则可以忽略.所以,掺铜催化剂光催化还原性能的改善不能从吸附氧的角度加以解释,一定存在着其它原因,尚待进一步研究.

第5期吴树新等:掺铜T iO 2光催化剂光催化氧化还原性能的研究335

图3 掺铜TiO 2的XPS 图谱

The analysis and fitting of the XPS spectra of T i O 2doped w ith copper

(a)O1s,(b)Cu2p 3/2,(c)T i2p 3/2

表2 O 1s 的XPS 拟合结果

Fitting res ults of O1s XPS

电子结合能(E BE /eV)

氧物种类别氧物种浓度(%,体积分数)掺杂前

529.60晶格氧81.97530.65吸附氧10.03掺杂后529.45

晶格氧62.5530.59吸附氧37.5

表3给出了不同掺铜量催化剂的O1s 和Cu2p 3/2的XPS 结果.从表3可知,随着掺铜量的提高,吸附氧单调增加.而Cu +含量则在0.2%达到最大后开始下降,直至10%掺铜时,+1价铜消失,只剩下+2价铜.

表3 O1s 和Cu2p 3/2的XPS 拟合结果

Fitting results of O1s and Cu2p 3/2XPS of the catalysts

掺杂浓度(%,质量分数)

00.080.2210吸附氧含量(%,体积分数)

10.0333.4537.539.7944.01Cu +含量(%,质量分数)027.5236.3125.520

图4表示的是Cu +/Cu 2+和甲醇产生量随催化剂掺铜量的变化情况.从图4中可知,二者的变化具有大体一致的趋势,这说明掺铜催化剂的光催化还原性能的提高可能与 336 感 光 科 学 与 光 化 学第23卷

Cu +/Cu 2+值的大小有关

.

图4 产物甲醇、Cu +/Cu 2+随掺杂量的变化

Variation of Cu +/Cu 2+and amount of methanol w ith dopant level

在所研究的各掺铜量情况下,掺铜量为0.2%的催化剂光催化氧化活性也最高,因此Cu +/Cu 2+值的大小可能也与光催化氧化性能有关.

作者认为低价铜的出现可能使光催化氧化反应体系中进行着如下的电子转移过程:

Cu ++O ads

O ads -+Cu 2+ (界面电子传递)Cu 2++e -cb Cu + (光生电子捕获)

一方面,促进了光生电子的捕获,有效抑制了与空穴的复合.另一方面,增加了表面吸附氧捕获电子的机会,因而能生成更多具有强氧化性的过氧化氢自由基和羟基自由基,使得催化剂光催化氧化性能得以提高.而在光催化还原反应体系中,催化剂还原性能改善的可能过程是:

Cu 2++e CB

Cu 1+ (光生电子的捕获)Cu 1++C

Cu 1++C* (捕获的电子传递给碳物种,C 表示碳物种)C*HCOOH e H CHO e CH 3OH

通过捕获电子抑制了电子和空穴的复合,提高了光催化效率,通过向碳物种传递电子,促进了还原反应的进行.

掺铜量为10%时,表面吸附氧量最大,但光催化氧化活性并未达到最大,这可能与Cu +的量小影响了电子转移过程导致电子空穴复合加快有关.

总之,低价铜的出现对于形成Cu +/Cu

2+,进而对催化剂光催化氧化还原性能的改善起到了关键作用.在前面的XRD 研究中,作者发现掺杂催化剂样品并未出现铜物种的晶相.另外,前文研究结果[5]显示,当掺杂量大于8%时,二氧化钛表面也只有二价铜离子.这说明掺杂铜量很少并且高度分散在催化剂表面,是产生低价铜的条件.高度分散的二价铜离子具有更强的反应活性,TPR 的结果也显示了这种高度分散性和较强的氧化还原活性[14].郑小明等人[15]在研究二氧化铈负载的氧化铜时,发现负载一定含量的氧化铜

第5期吴树新等:掺铜T iO 2光催化剂光催化氧化还原性能的研究337

后,XPS 分析发现了低价铜,并认为这与Ce 4+/Ce 3+有关.结合他们的研究结果,作者认为,在本文研究的体系中,高度分散的二价铜离子可能通过以下途径部分生成低价铜:

Cu 2++Ti 3+Cu 1++Ti 4+

由于Ti 3+被氧化成Ti 4+,所以XPS 分析中未发现T i 3+,这和实验结果相吻合.当然,低价铜形成的原因有待进一步研究.

3 结论

铜掺杂(0.2%)使催化剂的光催化氧化和还原性能都能得到显著改善.Cu +、Cu 2+共存可能有助于抑制电子空穴复合,从而提高催化剂的光催化性能.

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Photocatalytic Redox Performance of Copper

Doped TiO 2Photocatalyst

WU Shu x in 1,2,3,Y IN Yan hua 2,HE Fei 1,Q IN Yong ning 1

(1.School of Chemical Engineerin g and Technology,Tia nj in Univer sity,Tian j in 300072,P.R.China ;

2.The 718th Rese arch Institute,Handan 056027,Hebei,P.R.China;

3.T an g shan T ea cher s College,Tangshan 063000,H e bei,P.R.China)

Abstract:Copper doped tit anium dioxide was prepared by impregnat ion of T iO 2materials with aque ous solution of Cu(NO 3)2under ult rasonic irradiation,followed by calcinations at 450 .T he cata lysts were charact erized by X ray diffraction(XRD)and X ray photoelectron spectrosc opy(XPS).T he photocatalytic activity of the doped catalysts were evaluated using the react ion of photocatalytic oxidat ion of acetic and photocatalytic reduction of CO 2.T he results show that t he photocatalytic ac t ivit y can be significant ly improved by doping c opper.T he raised content of adsorbed oxygen and co ex ist ence of Cu 2+and Cu +are likely to be two of the reasons responsible for the improved photo cat alyt ic act ivity.

Key words:photocatalyt ic;acet ic acid;copper ion doping;XPS;T iO 2;CO 2reduct ion Corresponding author:YIN Yan hua 第5期

吴树新等:掺铜T iO 2光催化剂光催化氧化还原性能的研究339

一氧化碳还原氧化铜

一氧化碳还原氧化铜CO与CuO反应的化学方程式为: CuO + CO =高温Cu + CO2 一氧化碳还原氧化铜还可能生成中间产物氧化亚铜 Cu2O 反应现象: ①黑色固体变成红色②澄清石灰水变浑浊 实验步骤: ①先通入CO一会儿②加热③停止加热④继续通入CO到玻璃管冷却为止注:①先通入CO一会儿 ,是为了防止玻璃管内的空气没有排尽,加热时发生爆炸. ②继续通入CO到玻璃管冷却为止,是为了防止生成的铜重新被氧化为氧化铜. 总之:"CO早出晚归,酒精灯迟到早退" ③用酒精灯点燃是进行尾气处理:防止一氧化碳污染空气 ④此试验应在通风橱中进行:防止没除净的CO使人中毒 一氧化碳的这一化学性质也与氢气相类似,具有还原性,它将氧化铜还原成铜,同时生成二氧化碳气体使澄清石灰水变浑浊。 由于一氧化碳具有还原性,因此在冶金上常用它做为还原剂,将某些金属从它的金属氧化物中还原出来,如在炼铁时,利用一氧化碳,将铁从它的氧化物--氧化铁中还原出来。 3CO+Fe2O3=高温2Fe+3CO2 由以上可看出:一氧化碳和二氧化碳的性质是不同。 但一氧化碳和二氧化碳之间可以互相转化:一氧化碳燃烧会生成二氧化碳,二氧化碳与碳反应,又可生成一氧化碳。 一氧化碳燃烧会生成二氧化碳: 2CO+O2 ==点燃==== 2CO2 二氧化碳与碳反应生成一氧化碳: CO2 + C =高温=== 2CO 验证生成的气体:CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O 石灰水变浑浊 原理: 1.实验室用固体草酸和浓硫酸制取CO 2.因为证明CO能还原CuO的依据是看是否有CO2生成,而制取的CO中已经含有CO2,故要先除CO2。 设计综合实验装置: 1.CO的制备装置。 2.证明CO中混有CO2;制得纯净、干燥的CO净化装置。 3.证明CO可以还原CuO的装置。 4.尾气的验证与处理装置。 实验步骤: 1.检查装置的气密性。 2.通入N2排净串联装置中的空气。 3.点燃加热尾气的酒精灯。 4.通入CO,排除串联装置中的N2。 5.加热CuO。 6.停止加热CuO。 7.通入N2,排净残留在串联装置中的CO。 8.停止点燃尾气。

氧化锆基催化剂的制备及其氧还原催化性能 研究进展

Advances in Material Chemistry 材料化学前沿, 2015, 3(4), 61-67 Published Online October 2015 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/ab2060110.html,/journal/amc https://www.wendangku.net/doc/ab2060110.html,/10.12677/amc.2015.34007 文章引用: 汪广进, 刘海, 龚春丽, 程凡, 文胜, 郑根稳. 氧化锆基催化剂的制备及其氧还原催化性能研究进展[J]. 材 Study Progress on the Preparation and Catalytic Performance of Zirconia for Oxygen Reduction Reaction Guangjin Wang, Hai Liu, Chunli Gong, Fan Cheng, Sheng Wen *, Genwen Zheng College of Chemistry and Materials Science, Hubei Engineering University, Xiaogan Hubei Received: Nov. 12th , 2015; accepted: Dec. 26th , 2015; published: Dec. 29th , 2015 Copyright ? 2015 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.wendangku.net/doc/ab2060110.html,/licenses/by/4.0/ Abstract Development of non-platinum catalysts for the renewable energy is urgent. Due to the excellent chemicaland electrochemical, zirconia is attracting abroad attention in the investigation of novel non-platinum catalysts. Therefore, this paper reviews the status of the preparation methods such as magnetron sputtering and dip-coating for zirconia, and summarizes the study progress of the non-stoichiometry zirconia, transition metal/non-transition metal doped zirconia, partially oxi-dized zirconium carbonitrides and pyrolyzed zirconium base chelates. At last, this paper also looks ahead at the development of zirconia based non-pltinum catalysts. Keywords Non-Platinum Metal Catalysts, Zirconia, Preparation Methods, Oxygen Reduction Reaction 氧化锆基催化剂的制备及其氧还原催化性能 研究进展 汪广进,刘 海,龚春丽,程 凡,文 胜*,郑根稳 湖北工程学院化学与材料科学学院,湖北 孝感 *通讯作者。

物质转化的规律(氧化铜的还原)

专题25 氧化铜的还原 一、复习要求: 1、记住H 2、C 、CO 还原CuO 的化学反应原理。 2、知道H 2、C 、CO 还原CuO 的操作步骤及实验现象,比较其实验装置的异同。 二、基础知识回顾 H 2、C 、CO 还原CuO 的比较 、试管口略向 斜。 、导气管要伸入试管 部,在CuO 紧贴试管上方内壁。、先通氢气一会儿后再 。 、停止加热后要续 ,直到试试管口略向 斜。 加热时要先均匀受 热,后固定在 部位加热。 停止加热时应先 再 。、 要确保整套装置不漏 气。 、先通 一会儿后,方可对 加热。、结束时先撤 处的三、重点疑点讨论 1、在氢气还原氧化铜的实验中,为什么实验开始时,先通氢气再加热?为什么停止加热后,还要继续通入氢气,直到试管冷却? 2、一氧化碳还原氧化铜的实验中,为什么要点燃尾气? 3、上述三个还原氧化铜的实验装置有什么异同?

四、解题方法指导 例题1 由三种气体组成的混合气体,在120℃时进行如下图的实验: 观察到的现象是:①处玻璃管内固体逐渐变成蓝色;②处石灰水不变浑浊;③处玻璃管内固体逐渐变成红色,并在管壁有水珠出现;④处烧杯内石灰水变浑浊。试确定原混合气体的组成。 〔分析〕: 〔答案〕: 〔启示〕:本题看起来很复杂,其实不然,把整套装置拆成4部分,然后逐一分析,即可得出结论。 例题2 如右下图所示,X是CO、H2和CO2的一种,将X通入装置进行实验,(加热时,用酒精灯或喷灯),回答下列问题: (1)若X为CO时,实验过程中A处观察 到的反应现象为,反 应的化学方程式。 (1)若实验时A、B中无反应现象, C中出现浑浊,则X为。 (1)若实验过程中B处物质由白变蓝, 则X为,A中反应的化学方程式为。 〔分析〕 〔答案〕 〔启示〕 五、知识能力训练 巩固知识 1、在氢气还原氧化铜的实验中,有以下六步操作程序:①熄灭酒精灯,②通入氢气, ③加热,④停止通氢气,⑤继续通氢气,⑥检验氢气纯度。其正确的操作顺序是( ) A、①②③④⑤⑥ B、⑥②③①⑤④ C、⑥④②③⑤① D、④⑤①③⑥② 2、在氢气还原氧化铜的实验中,氧化铜先变成亮红色,后又变成暗红色,造成这种后果的原因可能是( ) A、通入氢气量不足 B、加热温度不够 C、撤酒精灯过早 D、没有继续通H2到试管冷却 3、木炭、氢气、一氧化碳分别与黑色的氧化铜粉末反应,下列叙述错误的是( ) A、都有红色铜产生 B、都有氧化物产生 C、反应时都需加热条件 D、反应都属置换反应 4、木炭、氢气、一氧化碳分别跟足量灼热的氧化铜粉末充分反应,若木炭、氢气、一氧化碳三者质量相同,则下列说法正确的是( ) A、一氧化碳还原出铜最多 B、木炭还原出铜最少 C、氢气还出铜最多 D、木炭与一氧化碳还原出铜一样多

高中化学 一氧化碳还原氧化铜的实验步骤注意事项口诀

一氧化碳还原氧化铜的实验步骤注意事项口诀-实验装置- 还原氧化铜时澄清石灰水有什么用 一氧化碳还原氧化铜 ?一氧化碳还原氧化铜方程式:CO+CuO==△==Cu+CO?。一氧化碳作为还原剂,高温时能将许多金属氧化物还原成金属单质,因此常用于金属的冶炼。氧化铜自身具有氧化性,我们可以用一氧化碳还原氧化铜。 灼热的氧化铜可以和氢气(H2)、碳(C)、一氧化碳(CO)等具有还原性物质反应,生成铜+X(氧化物)。 ?一氧化碳还原氧化铜的实验: 1. 实验器材 铁架台、酒精灯(也可以是酒精喷灯)、试管、导管、双孔橡皮塞、单孔橡皮塞。 药品有:氧化铜、澄清石灰水、一氧化碳 2. 化学反应 CO与CuO反应的化学方程式为: CO+ 2CuO2Cu + CO2 CO2与Ca(OH)2(澄清石灰水)反应的化学方程式:Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O 3.反应现象 ①黑色固体变成红色②导管口有气泡冒出③澄清石灰水变浑浊

4. 实验步骤 (1)连接装置 (2)检查装置的气密性。 (3)点燃加热尾气的酒精灯。 (4)通入CO,排除串联装置中的空气。 (5)加热CuO。 (6)停止加热CuO。 (7)通入CO,排净残留在串联装置中的空气。 (8)停止点燃尾气。 注:①先通入CO一会儿,是为了防止玻璃管内的空气没有排尽,加热时发生爆炸。 ②继续通入CO到玻璃管冷却为止,是为了防止生成的铜重新被氧化为氧化铜、防止澄清石灰水倒流。 总之:"CO早出晚归,酒精灯迟到早退",也说“先通后点防爆炸,先熄后停防氧化。” ③用酒精灯点燃是进行尾气处理:防止一氧化碳污染空气,使人中毒。 注:此试验应在通风橱中进行:防止没除净的CO使人中毒。

一氧化碳还原氧化铜.

一氧化碳还原氧化铜 武汉市蔡甸区幸福路中学 邮编 430100 1.设计实验目的 加深对一氧化碳还原性的理解,减少一氧化碳对环境的污染。 在初中化学课本(人教版九年级义务教育课程标准教科书)中,无一氧化碳还原氧化铜的实验。而在统编教材(如人教版全一册)的实验中要先通入一氧化碳一会儿再加热,实验完毕后仍要继续通入一氧化碳至试管冷却,加上通入的一氧化碳并未完全参加反应,所以需要的一氧化碳用量都很大。此外还原氧化铜的装置本身也较复杂,还有尾气的处理装置,因而所用仪器较多。学生观察到的实验现象也很多,而使重点不突出,效果不尽人意。实验完毕后装置中残留的一氧化碳还会造成污染。在文献资料中,也有用加热铜丝生成氧化铜再伸入到盛有一氧化碳的集气瓶中,但加热铜丝生成氧化铜的量较少,要重复几次澄清的右灰水才变浑浊,且多次打开瓶塞时会有一氧化碳外逸。 2.实验仪器及用品 集气瓶(装满一氧化碳) 铜片 橡皮塞 酒精灯 澄清的石灰水 大头钉 3、实验装置图及说明 为证明有二氧化碳生成,该实验可在铜片还原成红色后再注入澄清的石灰水,但要等铜片冷却后再打开橡皮塞注入,也可事先注入澄清的石灰水,后者比前者好。因为事先注入澄清的石灰水可少打开一次瓶塞,减少了一氧化碳外逸,又能证明一氧化碳不与澄清的石灰水反应,使学生能更好的理解一氧化 碳与二氧化碳在性质上的区别。 (1) (2) (3) 4.实验操作 用集气瓶收集一瓶一氧化碳,注入少量澄清的石灰水,用橡皮塞塞紧(图1)。取一薄铜片(长5—8cm ,宽1—3cm ),打磨光亮后用大图钉固定在另一个与瓶口合适的橡皮塞上,手持橡皮塞加热,离开火焰后表面要确实看到生成黑色的氧化铜(图2)。然后一手拔去盛有一氧化碳集气瓶的橡皮塞,一手趁热插入固定有铜片的橡皮塞,可看到铜片上黑色的氧化铜很快又变成光亮的红色,振荡集气瓶,澄清的石灰水变混浊,证明有二氧化碳生成(图3)。实验结束后用燃着的木条点燃瓶中的尾气,有明显的蓝色火焰出现,等火焰熄灭后,再振荡集气瓶,混浊程度加剧。说明未反应的尾气已除去。 5.设计装置的意义

第三节 氧化剂和还原剂

第二章元素与物质世界 第三节氧化剂和还原剂——第一课时 编制:何永平审核:董海滨编制时间:2011年10月一、氧化还原反应 【问题1】你学过哪些反应类型?什么样的反应是氧化还原反应? 【交流研讨1】请你写出下列化学反应的方程式,并标出所有元素的化合价,观察哪些元素的化合价改变了,哪些元素的化合价没变。 ①铜和氧气的反应 . ②氧化铜和氢气的反应 . ③铁与硫酸铜溶液的反应 . ④碳酸钙高温分解 . ⑤硝酸银与氯化钠反应 . 【问题2】根据元素在化学反应前后化合价是否发生改变,可以将化学反应分为哪两类?分别怎样定义?上述5个反应分别属于哪一种?判断一个反应是否属于氧化还原反应的依据是什么? 【问题3】什么是氧化反应?什么是还原反应?二者有何关系? 下列变化属于氧化反应的是(),还原反应的是() A.HCl→H2B.Mg→Mg2+ C.Cl-→AgCl D.CuO→Cu

【交流研讨2】通过前面的学习,我们知道钠可以在氯气中剧烈燃烧生成氯化钠,这个反应属于氧化还原反应吗?为什么?钠原子和氯原子是经过怎样的变化形成氯化钠的呢? 【问题4】氧化还原反应的实质是什么?元素化合价的升降与此有何关系? 【问题5】氧化还原反应中电子转移和元素化合价的升降情况可以用什么方式表示?(以氢气还原氧化铜为例分别用两种方式表示) 【巩固练习】 1、判断下列反应哪些属于氧化还原反应( ) A. Cu+Cl2=CuCl2 B. Zn+2H+=Zn2++H2↑ C. CaCO3+2H+=Ca2++H2O+CO2↑ D. BaCl2+H2SO4=BaSO4↓+2HCl E. Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 2、下列反应属于氧化反应的是( ) A. Na2O →NaOH B. CO2→CO32- C. Fe2O3→Fe D. Cl2→HClO 3、下列变化过程属于还原反应的是() A.Cl-→AgCl B.Mg→Mg2+ C.HCl→H2D.CuO→Cu2+ 4、有关氧化还原反应的叙述正确的是() A.氧化还原反应的实质是有氧元素的得失 B.氧化还原反应的实质是元素化合价的升降 C.氧化还原反应的实质是电子的转移 D.物质所含元素化合价升高的反应是还原反应 5、写出金属钠与硫酸铜溶液反应的两个离子方程式,并判断是否为氧化还原反应 *分析上述氧化还原反应中电子的转移和化合价升降的关系

还原氧化铜专题(金属冶炼专题)

专题还原氧化铜 课题属性:基础知识难点重点易错点常考点综合难度:☆☆☆☆☆教师:张老师学生:时间:201年月日段 一、本次课目标 1、实验探究3 的导管伸至试管底部于CuO 反应前需检验气体纯度。还原过程分四步:一通,二点,三撤,四停 因CO有____,增加对尾气处理装置,防止CO污染空气 ①试管口略向下倾斜;②反应需高温;

常见气体的鉴别 先通入灼热的氧化铜,再通过澄清石灰 三、练习 1、在氢气还原氧化铜的实验中,有以下六步操作程序:①熄灭酒精灯,②通入氢气,③加热,④停 止通氢气,⑤继续通氢气,⑥检验氢气纯度。其正确的操作顺序是( ) A 、①②③④⑤⑥ B 、⑥②③①⑤④ C 、⑥④②③⑤① D 、④⑤①③⑥② 2、在氢气还原氧化铜的实验中,氧化铜先变成亮红色,后又变成暗红色,造成这种后果的原因可能 是( ) A 、通入氢气量不足 B C 、撤酒精灯过早 D 、没有继续通H 2 3.除掉空气中的氧气可采用的方法是( ) A .使空气通过灼热的焦炭 B .使空气通过灼热的氧化铜 C .使空气通过灼热的铜网 D .将空气点燃 4.要除去CO 2中混有的少量CO ,最好的方法是将混合气体( ) A .点燃 B .通过水 C .通过灼热CuO D .通过澄清石灰水

5.有化学反应2M + 3C = 4Fe + 3CO2↑,其中物质M的化学式为,此反应中发生还原反应 的物质的化学式为,还原剂是。 6、木炭、氢气、一氧化碳分别跟足量灼热的氧化铜粉末充分反应,若木炭、氢气、一氧化碳三者质 量相同,则下列说法正确的是( ) A、一氧化碳还原出铜最多 B C、氢气还出铜最多 D、木炭与一氧化碳还原出铜一样多 7. 由两种气体组成的混合气体M通过灼热的氧化铜后,氧化铜由黑色变为亮红色,剩余气体依次通 过白色的无水硫酸铜和澄清的石灰水后,前者显蓝色,后者变浑浊,则M的组成() A. 一定是氢气与一氧化碳的混合气体 B. 一定是氢气与二氧化碳的混合气体 C. 可能是水蒸气与二氧化碳的混合气体 D. 可能是一氧化碳与氢气的混合气体 8、某无色气体可能含有CO 2、CO、H 2 中的一种或几种,依次进行以下实验(假设每步反应均完全进行); ①通过赤热的炭层后,恢复到原状态,气体体积不变;②通过灼热的CuO时,固体变成红色;③通过白色CuS0 4 粉末时,粉末变成蓝色晶体;④通人澄清石灰水中,石灰水变浑浊。下列判断正确的是 ( ) A.原混合气体中一定含有CO 2、CO、H 2 B.原混合气体中一定没有CO 2,一定含有H 2 和CO C.原混合气体中一定含H 2和CO 2 ,可能含CO D.根据①④可推断实验过程中一定有CO 2 生成 9、某气体可能含有H2、CO、CO2和N2中的一种或几种气体,当该气体通过紫色石蕊试液时,没有 变色,通过灼热的氧化铜时有红色的物质生成,再通过澄清石灰水时,石灰水变浑浊。该气体中一定含有______,一定不含______,可能含有_________ 10.有一包由氧化铜和木炭组成的黑色混合物,其质量为10克。将其置于硬质试管中加热到高温,使它们充分反应,反应结束后测得固定的质量减少了2.2克,则原来混合物中木炭的质量可能是() ①0.6克②l.2克③2.2克④2.0克 A.①②B.②③C.③④D.①④ 11、若完全除去N2中混有的少量H2,CO2,H2O(气),,可用以下操作 a.通过浓H2SO4吸水b.通过灼热的CuO c.通过澄清石灰水最好的操作顺序为( ) A.abc B.acb C.bac D.cba

NO1重要的氧化剂和还原剂.

N0.1重要的氧化剂和还原剂 教学目标: 1 ?从得失电子的角度加深对氧化还原反应及氧化剂、还原剂的理解,了解氧化产物和还原产物。 2?掌握氧化剂、还原剂中所含元素化合价的情况,掌握用单线桥表示氧化还原反应的电子转移情况。 3?掌握重要的氧化剂、还原剂的常见反应;学会比较氧化剂、还原剂的相对强弱。教学过程: 一、用单线桥表示下列反应,并指明氧化剂与还原剂 (1)Fe + H2SO4 = FeS04 + H2f ⑵ 2H2 + 02 = 2H2O (3)CI2 + H20 = HCl + HC10 二、分析并配平下列氧化还原反应,指出氧化剂,还原剂,氧化产物,还原产物,标出电子转移的方向和数目 (1)_KCI0 3 + _HCI ——_ KCI + _CI2 + ____________ (2)CI2 + ~N H3N2 + HCI (3)_NO + _NH3 ——_N2 +_H20 三、读课本24页,请归纳:—— 氧化还原反应的实质是________________________________________________________ , 判断氧化还原反应的依据 四、讲解图3—2,并 1 ?下列下画线的元素是被氧化还是被还原,要加氧化剂还是加还原剂才能实现 (1) Kl_—J2 ⑵SO2— S03 HgCI 2— ⑷NO2—H N03 (5) FeCl3—FeCl2 2.IBr + H 20 = HBr + HI0 是氧化还原反应吗?为什么? 3.S02与H2S可发生下列反应,S02 + 2H2S = 3S + 2H 20,当生成硫48 g时,氧化产物比还原产物多还是少多 ?两者相差少克? N0.2氧化还原反应: 1:判断下列那些为氧化还原反应,并说出理由 IBr + H 20 = HBr + HI0 K0H+CI 2=KCI +KCI0+H 20 NaH+H 20 =Na0H+H 2 Ca02+H20 =Ca(OH) 2 +H 2O2 5C2H5OH +2KMnO 4+3H2SO4 —5CH3CHO +K 2SO4+2MnSO 4 +8H2O 氧化还原反应的实质是_______________________________________________________ 判断氧化还原反应的依据是__________________________________________ 。 小结:氧化还原反应发生规律和有关概念。

三大还原剂还原氧化铜

碳、一氧化碳、氢气还原氧化铜实验 【知识点的认识】碳、一氧化碳、氢气还原氧化铜实验是初中化学中三个非常重要的典型实验.它们的具体实验情况如下: 1.化学反应方程式分别是 、和.2.实验装置如图所示: 3.操作及注意事项分别是: (1)碳还原氧化铜时,要把刚烘干的碳粉和氧化铜粉末要均匀混合后,平铺在试管底部,试管口略向下倾斜(防止有水倒流到试管底部,使其炸裂),在酒精灯的灯焰上最好加一个网罩(以使火焰集中并提高温度,或者使用酒精喷灯来加热);实验结束时,要先撤出导气管,再移走并熄灭酒精灯,待试管冷却后再把试管内的粉末倒在纸上(防止石灰水倒吸到试管里,炸裂试管;也为了使粉末冷却,防止还原出来的铜再次被氧化). (2)一氧化碳还原氧化铜时,反应前,先通一段时间一氧化碳,然后再加热(目的是为了尽可能的排净玻璃管内的空气,防止一氧化碳与其中的空气混合后,被点燃发生爆炸);反应后,先撤走并熄灭酒精灯,等固体冷却后再停止通一氧化碳(目的是防止石灰水倒吸到玻璃管内,使其炸裂;也为了使固体冷却,防止刚还原出来的铜再次被氧化);并且,由于一氧化碳有毒,如果直接排放到空气中,会造成污染,所以还要用点燃或收集的方法等来处理尾气. (3)氢气还原氧化铜时,反应前,试管口略向下倾斜(防止有水倒流到试管底部,使其炸裂;同时,也有利于氢气在试管底部聚集参与反应),将氢气验纯后先通一段时间氢气,然后再加热(目的是为了尽可能的排净玻璃管内的空气,防止氢气与其中的空气混合后,被点燃发生爆炸);反应后,继续通入氢气,直到试管及其中的固体冷却后,再停止通氢气(目的是为了使固体冷却,防止刚还原出来的铜再次被氧化). 4.实验现象分别是: (1)碳还原氧化铜时,试管中的固体由黑色逐渐变成亮红色,澄清的石灰水变浑浊.(2)一氧化碳还原氧化铜时,玻璃管中的固体由黑色逐渐变成亮红色,澄清的石灰水变浑浊,并且有气泡从中不断地溢出. (3)氢气还原氧化铜时,试管中的固体由黑色逐渐变成亮红色,同时管口有水滴生成.下面是实验室制取氧气、氢气、二氧化碳的装置图.根据装置图回答下列问题.

重要的氧化剂和还原剂

重要的氧化剂和还原剂 [重要知识点] 1.熟悉常见的氧化剂和还原剂。 2.重要的氧化剂和还原剂的常见反应。 3.熟练使用单线桥分析氧化还原反应及电子转移情况。 [知识点精析] 一.化学反应的分类 二、重要的氧化剂和还原剂 1.氧化还原反应的基本概念 氧化还原反应从化合价的角度来说是指有元素化合价升降的化学反应;从本质上来看则是指有电子转移(得失或偏移)的反应。涉及氧化剂、还原剂、氧化性、还原性、氧化产物、还原产物等概念。 (1)氧化剂、还原剂 氧化剂是指在反应中得到电子(或电子对偏向)的反应物,表现为反应后所含某些元素化合价降低。氧化剂具有氧化性,在反应中本身被还原,其生成物叫还原产物。 还原剂是指在反应中失去电子(或电子对偏离)的反应物,表现为反应后所含某些元素化合价升高,还原剂具有还原性,反应中本身被氧化,生成物是氧化产物。 如下图所示:

(2)氧化剂和还原剂是性质相反的物质 在氧化还原反应中,还原剂把电子转移给氧化剂,即还原剂是电子的给予体,氧化剂是电子的接受体。 如下图所示: (3)氧化还原反应中各概念间的关系 2.氧化还原反应的判断和分析 (1)氧化还原反应的判断 判断一个化学反应是否为氧化还原反应,常根据反应中有无元素的化合价变化(有升有降)来判断。 判断一个反应是否为氧化还原反应的技巧: ①当有单质参加反应,或有单质生成时可认为该反应一定是氧化还原反应(但同素异形体间的转化除外,如白磷变红磷就不是氧化还原反应)。 ②有机物发生的反应,当分子中引入氧或失去氢被氧化,反之分子中失去氧或得到氢被还原。 (2)氧化还原反应的分析

在氧化还原反应化学方程式里,除了可用箭头表明同一元素原子的电子转移情况外(即:双线桥法),还可以用箭头表示不同原子的电子转移情况(称为“单线桥法”)。 用箭头表明同一元素原子的电子转移情况即大家熟悉的“双线桥”。如: 用箭头表示不同原子的电子转移情况——“单线桥”。如: 更好地体现了氧化剂和还原剂在反应中的电子转移的关系。再如: ①单线桥分析氧化还原反应可简单表示为 ②反应中电子转移总数即为还原剂给出的电子总数,也是氧化剂接受的电子总数。 ③在单线桥中不写“得”或“失”。 3.常见的氧化剂、还原剂 (1)物质在反应中是作为氧化剂还是作为还原剂,主要取决于元素的化合价。 ①元素处于最高价时,它的原子只能得到电子,因此该元素只能作氧化剂,如、。 ②元素处于中间价态时,它的原子随反应条件不同,既能得电子,又能失电子,因此该元素 既能作氧化剂,又能作还原剂,如和。

化学人教版九年级上册实验室制取氢气还原氧化铜实验教学设计

制取氢气还原氧化铜实验教学设计 教学目的 1.知识目标:初步掌握氢气的还原性;从得、失氧的角度了解还原反应、还原剂的概念;根据氢气的性质了解氢气的主要用途。 2.能力培养:通实验对动手操作能力的培养,培养学生严谨、认真、实事求是的科学态度;发展学生的观察思维、分析问题和解决问题的能力。 3.科学品质:培养学生严谨、认真、实事求是和科学态度。 教学重点、难点 1.重点:氢气还原氧化铜。 2.难点:氢气还原氧化铜的实质及实验操作过程。 实验准备 教学用品 自制气体发生器、铁架台、酒精灯、硬质试管、锌粒、稀H2SO4、氧化铜、导管、烧杯等。 教学过程 一、复习提问 1、给下列混和气体点火,一定不会发生爆炸的是( ) A.氢氧和氮气 B.氢气和空气 C.氢气和氧气 D.氢气和氖气 2、氧化反应、还原反应是什么反应?氧化与还原反应是同时发生的吗? 二、引入新课 (讲解) 我们了解了氢气的可燃性,说明了氢气可以和空中的氧发生反应,那么它能否与化合物中的氧发生作用呢? 三、新课讲授 演示实验 1.氢气的还原性 (观察)黑色氧化铜还渐变成为光亮的红色的铜,同时管口有水珠生成。 (H2+ CuO=加热= Cu +H2O) (小结)见课本氢气还原氧化铜的装置图。 其操作注意事项为:先通氢气(经验纯的H2),后加热,通氢时导管要插入试管底部;停止加热时,先撤洒精灯,待冷确到室温理撤通氢导管。 (教师分析以上原因) (提问)氢气跟氧化铜反应属于哪种其本反应类型? (分析)要从得氧、失氧的角度进行分析。 H2 +CuO=加热=Cu+ H2O,在该反应中,氢气夺取氧化铜中的氧,发生了氧化反应。而氧化铜失去了氧变成了单质铜,则氧化铜发生了还原反应。 在反应中,氢气夺取了氧化铜中的氧,发生了氧化反应。说明氢气有还原能力,具有还原性,称之为还原剂。 氧化铜失去了氧,发生了还原反应,说明它具有氧化能力,具有氧化性,称之为氧化剂。 (小结)氢气:得氧→有还原性→发生了氧化反应→是还原剂;氧化铜:失氧→有氧化

Fe-NC氧还原电催化剂的设计制备及性能研究

Fe-N/C氧还原电催化剂的设计制备及性能研究电化学氧还原反应在燃料电池和金属-空气电池等可再生能源储存和转换系统中扮演着重要作用。缓慢的氧还原反应动力学需要催化剂。到目前为止,铂贵金属是活性最高的氧还原催化剂。 然而,昂贵的价格,对甲醇和CO敏感和稳定性差阻碍其大规模广泛应用。为突破这个瓶颈,很多研究工作致力于探索具有高活性和稳定性的非贵金属催化剂。在已发现的不含贵金属的催化剂中,过渡金属和氮掺杂的碳材料(M-N/C)被认为 是特别有前途的氧还原催化剂,因为它们的元素丰度高、低成本、低环境影响和较高的活性。 本论文主要主要是针对铁和氮共掺杂碳材料的设计、合成和性能进行了深入研究。本论文具体内容如下:选择两端含吡啶氮的有机分子btcpb作为配体与铁(Ⅱ)配位,形成类似配位聚合物的配合物,在不需要外加碳载体的情况下,煅烧得到自支撑Fe-N/C催化剂。结果表明,700℃煅烧的催化剂(Fe-N/C-700)活性最好。 碱性条件下,半波电势840 mV,高于商业铂-碳催化剂;酸性条件下,起始电位和半波电位均可比与商业Pt/C催化剂。同时,该催化剂在碱性和酸性溶液中都显示了优异的循环稳定性和良好的甲醇耐受性能。除此之外,该材料充当锌-空电池的空气阴极,在5 mA cm-2电流密度时,电池的容量达到727 mA hg-1。 持续放电110 h,也没有明显电压损失,表明该材料具有很强的应用前景。报道了 Fe3C纳米颗粒修饰,金属铁和氮掺杂碳的复合物的简单高效大规模制备, 以铁-邻菲罗琳配合物和二氰二胺为前驱物,高温煅烧。800 ℃条件下得到的催化剂显示出极好的氧还原活性,碱性溶液中的起始电位和半波电位高达0.99和 0.86 V,远高于商业铂-碳。

碳还原氧化铜实验

碳还原氧化铜实验 一、教材分析 1、“木炭还原氧化铜”是中学教学中一个非常重要的固固高温放热反应实验,该实验验证了C的还原性,从而进一步了解氧化还原反应的本质,在固定的条件下,还原剂能够夺取氧化物中的氧,自身被氧化。 2、该实验成功的标志: (1)有鲜明现象证明反应生成铜单质,最好效果是得到紫红色铜块。(2)有鲜明现象证明反应生成了二氧化碳(石灰水浑浊)。(3)反应放热,应发现反应启动后停止加热仍继续红热燃烧。 二、学情分析 木炭还原氧化铜在初中阶段是一个很重要的实验。学生是从这个实验开始接触氧化还原反应,为九年级化学下册金属的冶炼等知识做铺垫。 三、教学目标 1、知识与技能: a、知道碳单质的化学性质 b、掌握木炭还原氧化铜的实验方法 2、过程与方法: a、学习对实验的探究以及创新 b、通过本次实验对其他类似实验有初步认识 3、情感?态度?价值观: a、通过本次实验培养学生的自主探究能力 b、通过实验培养学生的科学素养 四、教学重、难点 1、本次实验中对碳单质还原性的理解是重点也是难点

五、教学过程 教学环节教师活动学生活动活动目的 情景引入通过回顾课本知识进行情景引 入积极互动 通过引入把学生 的思维引进课堂 介绍实验原理 实验原理 主要反应: C+2CuO =高温= 2Cu+CO2↑ (置换反应) 副反应: C +CuO =高温= Cu + CO↑(炭 过量) 碳氧化铜铜一氧化碳 C + 4CuO =高温= 2Cu2O + CO2↑(氧化铜过量) 认真 听课 在实验之前给学 生系统介绍实验 原理 介绍实验仪器实验仪器:试管、试管夹、铁架 台、水槽、氧化铜粉末、碳粉、 药匙、研钵、研杵、坩埚、泥三 角、酒精灯、火柴、坩埚钳、酒 精喷灯、试管、澄清石灰水、玻 璃导管、单孔橡胶塞、托盘天平 (带砝码盒和镊子)、称量纸。 思考、记忆 让学生充分了解 本次实验所需仪 器、试剂

氧还原催化剂的制备及电化学性能的研究

氧还原催化剂的制备及电化学性能的研究 摘要:随着环境问题越来越引起人们的关注,环境保护已成为可持续发展的核心。全球都致力于研究高效节能环保的新型能源。燃料电池是一种可以高效地将燃料和氧化剂转化为电能的发电装置。世界经济和科技的日益发展离不开能源。随着现代社会在工业、农业、科技、信息技术等各个方面的飞速发展,石油、天然气、煤等不可再生的常规能源消耗已经日渐殆尽,同时常规能源使用排放的有毒有害物质引发的环境问题、生态问题也随之加剧。因此,幵发新能源、环保能源具有重大深远的意义,势必成为当今科研的主流趋势。本文就氧还原催化剂的制备及电化学性能进行分析与研究 关键词:氧还原催化剂;制备;电化学性能 引言 氧还原反应是众多新型电池正极电极所发生的过程。促进其反应过程一直以来是电化学领域研究的侧重方向,故而开发和研究氧还原催化剂性能的工作显现出极高的科研价值和应用价值。做为众多电化学工作者的研究热点,电催化氧还原技术具备广泛的应用范围,长期以来,由于电化学催化氧还原技术在燃料电池、微生物燃料电池、高级电氧化技术、水处理等方面越来越多的应用,使化学修饰电极电催化领域得到普遍关注。催化剂在电极表面的氧还原反应中起到了非常重要的作用,制备一种高性能、低成本、对环境友好的催化剂是非常有价值的。 一、氧还原反应 在氧还原电极上,氧发生的还原反应是个复杂的过程,氧还原反应涉及4个电子及2~4个质子的转移,和0-0键的断裂,由于其复杂性,可以写出各种各样的反应机理。通常,依照中间产物过氧化氢(H2O2)的生成与否,其历程主要包括两类: 1.直接四电子反应途径:此类途径并没有可检测的过氧化氢。0-0键在吸附氧分子时断裂变为吸附氧原子MO,在酸性溶液中,氧分子持续得到四个电子还原为H2O,在碱性溶液中,还原为OH-。 在酸性介质中: 02+4H++4e →2H20, E=1.229V 在碱性介质中: 02+2H20+4e →40H,E=0.401V 2.间接二电子反应途径:在碱性溶液中,碳、石墨、金、汞等电极上02还原主要是此途径,其过程有中间产物过氧化氢生成,在氧分子吸附时先得到两电

碳还原氧化铜反应装置改进及实验探究

碳还原氧化铜反应装置改进及实验探究 摘要:针对教材中“木炭还原氧化铜”实验的不足,根据影响化学反应速率的外在因素,采取交互式控制单一变量的科学探究法,从炭粉的选择、反应物的质量比、加热方式、反应容器规格等方面,开展实验改进探索,获得较好的实验结果。同时将探索的创新成果应用于课堂,以此提升学生的实验思维和实验素养。 关键词:木炭与氧化铜反应;实验装置改进;紫红色铜块;实验探究 文章编号:1005-6629(2018)1-0071-05 中图分类号:G633.8 文献标识码:B 1问题的提出 在人教版九年级《化学》上册第六单元课题1“金刚石、石墨和C60”中,为了探究碳单质在高温下能与某些氧化物反应,以此构建氧化还原反应的相关狭义概念,为后续铁的冶炼、高中氧化还原反应的学习打下基础,教材第110页设计了一套实验装置(图1)。由于该反应是固相反应,对温度等反应条件要求比较高,按该装置做实验,其效果并不好,主要体现在石灰水变浑浊与黑色固体变成暗红色的进程不 对称,且经成分分析,暗红色固体更多的是氧化亚铜,并非

是铜单质。在教学实践中,不少同仁也对该实验进行了探索改进,但实际教学中,教师普遍反映效果不佳,究其原因主要有:(1)对反应物加工要求高。如需要粉粹机粉碎药品、烘干机烘干等;(2)实验仪器要求高。如需要酒精喷灯、石英试管、挡风板等;(3)药品要求严格。如药品氧化铜需指定用上海勤工化工厂生产的分析纯等;(4)实验时间过长等。能否利用普通学校都能达到的简单条件如普通的药品、常规的试管、常见的酒精灯、简便的操作就能达到理想的实验效果?为此,开展了以下探索工作。 2原理的分析 由此计算得出: 理论分析表明该反应程度很大,但实际操作中,实验结果并不理想,这不是热力学的缘故,而是动力学上的障碍,即存在反应速率缓慢的问题,若改变影响该反应速率的外在因素,如温度、反应物颗粒大小、反应物之间的接触面积等,促成该反应一旦产生,反应过程中产生大量的热可以为后续反应提供一定的能量基础,那么反应就会快速进行,从而有效地熔化铜粒(铜的熔点为1083%),产生铜块,真正实现该反应。 3实验改进 3.1不同的加热方式 教材第110页的实验说明中指出:把刚烘干的木炭粉末

重要的氧化剂和还原剂

重要的氧化剂和还原剂 重点、难点 1. 熟悉常见的氧化剂和还原剂。 2. 重要的氧化剂和还原剂的常见反应。 3. 熟练使用单线桥分析氧化还原反应及电子转移情况。 具体内容 (一)重要的氧化剂和还原剂 1. 氧化还原反应的基本概念 氧化还原反应从化合价的角度来说是指有元素化合价升降的化学反应;从本质上来看则是指有电子转移(得失或偏移)的反应。涉及氧化剂、还原剂、氧化性、还原性等概念。 (1)氧化剂、还原剂的概念及它们在氧化还原反应中关系,及其本质变化及外在表现。 氧化剂是指在反应中得到电子(或电子对偏向)的物质,表现为反应后所含某些元素化合价降低。氧化剂具有氧化性,在反应中本身被还原,其生成物叫还原产物。 还原剂是指在反应中失去电子(或电子对偏离)的物质,表现为反应后所含某些元素化合价升高,还原剂具有还原性,在反应中本身被氧化,其生成物是氧化产物。 (2)氧化剂和还原剂是性质相反的物质 在氧化还原反应中,还原剂把电子转移给氧化剂,即还原剂是电子的给予体,氧化性是电子的接受体。 (3)氧化还原反应中各概念间的关系 2. 氧化还原反应的判断和分析 (1)氧化还原反应的判断 判断一个化学反应是否为氧化还原反应,常根据反应中有无元素的化合价变化(有升有降)来判断。 判断一个反应是否为氧化还原反应的技巧: ①当有单质参与反应,或有单质生成时可认为该反应一定是氧化还原反应。 ②有机物发生的反应,当分子中引入氧或失去氢可认为被氧化,反之分子中失去氧或得到氢可认为被还原。

(2)氧化还原反应的分析 在氧化还原反应化学方程式里,除了可用箭头表明同一元素原子的电子转移情况外,还可以用箭头表示不同原子的电子转移情况。 用箭头表明同一元素原子的电子转移情况即大家熟悉的“双线桥”。如: 用箭头表示不同原子的电子转移情况——“单线桥”。如: 更好地体现了氧化剂和还原剂在反应中的关系。 再如: ①单线桥分析氧化还原反应可简单表示为 ②反应中电子转移总数等于还原剂给出的电子总数,也必然等于氧化剂接受的电子总数。 3. 常见的氧化剂、还原剂 (1)物质在反应中是作为氧化剂还是作为还原剂,主要取决于元素的化合价。 ①元素处于最高价时,它的原子只能得到电子,因此该元素只能作氧化剂,如、。 ②元素处于中间价态时,它的原子随反应条件不同,既能得电子,又能失电子,因此该元素既能作氧化剂,又能作还原剂,如和。 ③元素处于最低价时,它的原子则只能失去电子,因此该元素只能作还原剂,如。 (2)重要的氧化剂 ①活泼非金属单质,如F2、Cl2、Br2、O2等。 ②元素处于高价时的氧化物、含氧酸、盐等,如MnO2,NO2;浓H2SO4,HNO3;KMnO4,KClO3,FeCl3等。 ③过氧化物,如Na2O2,H2O2等。 (3)重要的还原剂 ①活泼的金属单质,如Na,K,Zn,Fe等。 ②某些非金属单质,如H2,C,Si等。 ③元素处于低化合价时的氧化物,如CO,SO2等。 ④元素处于低化合价时的酸,如HCl(浓),HBr,HI,H2S等。

探究一氧化碳还原氧化铜装置的教学设计反思.doc

以问题为主线驱动教学的初步尝试 ——一氧化碳还原氧化铜的教学反思 汾阳中学瞿思一 培养学生的科学素养是化学课程改革的根本性目标。而有效地落实这一目标的关键,是积极主动地开展科学探究活动。这需要我们树立新的课程理念,革新教学方式,让学生真正成为学习的主人。基于这样一种理念,笔者尝试了以问题为中心驱动教学的教学模式,激发学生的主动性和创新意识,促使学生积极主动的学习。 下面以《一氧化碳还原氧化铜》的教学为例,谈谈笔者的一些实践与思考。 一氧化碳在生活、生产中起着非常重要的作用,不仅与学生的日常生活密切相关,同时也是初中化学元素化合物知识中非常重要的一部分。《化学课程标准》中也明确指出不仅要认识一氧化碳的性质与用途,还要理解它与碳及二氧化碳的相互转化关系。一氧化碳还原氧化铜是初中化学的重要知识点之一,也是中考化学实验中综合性较强的一类试题,不仅可以考察学生的实验观察能力和对实验现象的归纳、总结和表述能力,而且通过对装置的理解考 察学生的思维和创新能力。 一、传统的教学方法 笔者安排1课时完成一氧化碳还原氧化铜的教学,在进行一氧化碳还原性的教学时,主要采用以木炭还原氧化铜为例,比较得出一氧化碳的还原性,辅助视频播放的方式让学生从 实验现象中理解一氧化碳还原性的存在,落实一氧化碳还原氧化铜的知识点。教学设计见下表: 教学内容教师活动学生活动 一氧化碳物理引入:在西气东输工程没有启动之前,我无色、无味的气体 性质们生活所依赖的主要是煤气,他的主要成密度比空气略小 分是一氧化碳,煤气中毒事件也常有耳难溶于水 闻,为什么人们没有察觉到煤气泄漏呢? 问题:请你说出一氧化碳的物理性质

一氧化碳化学 1、毒性 性质 2、可燃性 3、还原性 一氧化碳还原回忆归纳操作要点 氧化铜实验装 置 问题:根据视频,在进行一氧化碳还原氧 化铜的实验中,我们要注意哪些操作要 点? 这是我们比较普遍使用的讲授法,教师与同学之间基本保持着单向交往,缺乏生机和活力,它不利于激发学生的学习动机。教学后,学生虽然能够记住一氧化碳的性质,也能掌握一氧化碳还原氧化铜的装置,但学生的参与度不高、主体性不突出,大部分学生只是认识了一氧化碳还原氧化铜这一实验,然而他们的思维能力和探索与创新精神却受到了一定的束 缚,学生只是被动的接受知识,而不是真正开动脑筋,融入课堂学习中成为教学过程的主体。 二、问题驱动模式的教学方法 1、理论依据:建构主义学习理论认为,知识不是通过教师传授获得的,是学习者在一 定情景下,借助于其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助,利用必要的学习资源,通过意义 建构的方式获得的。建构主义提倡在教师的指导下,以学习者为中心的学习,教师是意义建构的帮助者、促进者。基于此,笔者尝试改变原来的授课方式,以问题为中心组织教学。问 题驱动式教学是一种新型的教学模式,通过问题的解决,不仅能构建知识体系,在学习的过程中落实三维目标,提升学生各种解决问题的能力,还能调动学生的学习积极性,增加学生学习的动力和兴趣。 2、教学实践:笔者安排 1.5课时完成一氧化碳还原氧化铜的教学,前半课时安排一氧 化碳性质的教学,后一课时安排了对一氧化碳还原氧化铜装置的探究。通过已有知识将新知识置于问题情境中,启发学生探究和发现,激发学生思维,使学习过程成为一个不断发现问题、分析问题、解决问题的过程。 ①创设情境,提出问题,引入教学主题 教学内容教师活动学生活动

氧化铜还原

氢气还原氧化铜的实验操作 1.检查装置的气密性。(这是涉及气体实验的最常规步骤) 2.检验氢气纯度.(这是易爆炸气体使用的必经步骤) 3.加入药品,链接好装置. 4.先通氢气一段时间。(赶走玻璃管里的空气,防止氢气混合空气加热时爆炸.这一步很重要,千万不能先加热,这也是常考点) 5.在点燃酒精灯加热,直到黑色固体完全变红. 6.熄灭酒精灯,并继续通空气,直到试管完全冷却为止(这一步也非常重要,因为反应生成的铜制灼热的,如果遇到空气会立刻被氧化为氧化铜,所以在它完全冷却之前绝不可停止通空气,这也是实验成功的关键,当然也是长考点。) 7.回收药品,整理实验装置. 在氢气还原氧化铜的实验中,解释下列操作的理由 (1)检验氢气的纯度 (2)装置仪器,使盛有氧化铜的试管口略向下倾斜 (3)实验开始时先通一会儿氢气 (4)反应结束后,先熄灭酒精灯,继续通入氢气至试管冷却 (2) 1)检验氢气的纯度 回答:不纯可能会爆炸 2)装置仪器,使盛有氧化铜的试管口略向下倾斜 回答:防止冷凝在瓶口的水流回瓶底使试管炸裂 (3)实验开始时仙童一会儿氢气 回答:排除试管里面的空气,防止爆炸 (4)反应结束后,先熄灭酒精灯,继续通入氢气至试管冷却 回答:防止爆炸,如果先停止通氢气,那么空气和氢气继续燃烧容易包扎 (2004?北京)用氢气还原氧化铜的正确操作是:实验开始时需先 通氢气 ,后 加热 ,实验结束时需先 撤酒精灯 ,后 停止通氢气 . 考点:碳、一氧化碳、氢气还原氧化铜实验.

分析:实验开始时如果先通入氢气,后加热,氢气就和玻璃管内的空气混合在加热的情况下发生爆炸,所以应先通入氢气,后加热;实验结束时如果先停止通氢气,后撤酒精灯,这样刚还原出的铜就在加热的情况被氧化,所以实验结束时需先撤酒精灯,后停止通氢气. 解答:解: 因为氢气是易燃性气体,混有空气遇明火会发生爆炸,所以实验开始时,应先通入氢气,把玻璃管内的空气排出,然后加热;实验结束时应先撤酒精灯,继续通入氢气,这样被还原出的铜,在氢气的保护下慢慢冷却.故答案为:通氢气,加热,撤酒精灯,停止通氢气. 试题 如图是某同学设计的制取氢气,并用氢气还原氧化铜的实验装置图. 试回答下列问题: (1)指出装置中的三处错误 ① 长颈漏斗未伸入液面以下 ② 导管未伸入B试管底部 ③ 试管B的底部未高于管口 . (2)A试管中的药品可能是 锌粒和稀硫酸 ,反应时能观察到的现象为 大量气泡冒出,锌粒逐渐溶解 . (3)B试管中的反应方程式为 CuO+H 2Cu+H2O ,反应时能观察到的现象为 黑色氧化铜逐渐变成光亮的红色,试管口有水出现 . 考点:氢气的制取和检验;碳、一氧化碳、氢气还原氧化铜实验;书写化学方程式、文字表达式、电离方程式.

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