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化學樹---金屬的氧化還原之一
by yangsp, 2011-08-01 09:03:56, 人氣(7280)

中學化學示範實驗

Chemical Demonstrations for High School


國立彰化師範大學理學院化學系 提供

【策劃者:楊水平】  【製作者:劉敏香  E424037


化學樹---金屬的氧化還原之一

簡介

利用金屬的氧化還原來看氧化還原的現象。

示範步驟

1. 取 50 mL 的燒杯 2 個分別配製 5﹪的硝酸銀和硝酸鉛各 15 mL,如圖一所示。
2. 取試管 2 支,分別將配製好的溶液倒入各試管中約 7 公分高。
3. 把盛有硝酸銀溶液的試管放入銅線。
4. 把盛有硝酸鉛溶液的試管放入鋅片,仔細觀察變化情形,如圖二及圖三所示。
註:為了節省示範時間,步驟 1 必須示範前先配製好。
圖一.所需用之器材及藥品 圖二.剛放入的銅線和鋅片情形 圖三.放入5分鐘後銅線和鋅片情形

溶液和器材

1. 5% 硝酸銀:約 1 g 的 AgNO3(silver nitrate)溶於 25 mL 的去離子水中。
2. 5% 硝酸鉛:約 1 g 的 PbNO3(lead nitrate)溶於 20 mL 的蒸餾水中。
3. 50 mL 的燒杯 2 個。
4. 天平一座。
5. 量筒一個。
6. 蒸餾水若干。
7. 試管 2 支。
8. 銅線 20 公分長。
9. 鋅片一片。

原理和概念

1. 本示範實驗涉及二個反應式為: 
2Ag+(aq) + Cu(s) → 2Ag(s) + Cu2+(s)
Pb2+(aq) + Zn(s) →  Pb(s) + Zn2+(s)
2. 氧化數減少為還原作用:  Ag+(aq)  →  Ag(s)  及   Pb2+(aq)  →  Pb(s)
氧化數增加為氧化作用: Cu(s)  →  Cu2+(aq)  及  Zn(s) →  Zn2+(aq)
3. 氧化劑:Ag+(aq) 及 Pb2+(aq) 。
還原劑:Cu(s)  及 Zn(s)。
4. 金屬活性大小:Zn > Pb、Cu > Ag。

教學提示

1. 本示範實驗的二個反應式涉及到金屬的形成。
2. 教學時可指出反應式的氧化及還原情形。
3. 配製溶液須戴上手套,當配製硝酸銀溶液應小心,而且硝酸銀很貴應惜用。
4. 雖然本實驗的二個反應可很快看到變化,但若要使金屬結晶得很完全需花費幾個小時。

問題和參考答案

1. 為什麼本實驗的二個反應式會有金屬結晶的情形?
答: 因為金屬活性的關係。活性較大的金屬會把活性較小的金屬離子還原為金屬。
2.  實驗中的銅線及鋅片會被作用掉而完全只剩下產物而已嗎?
答: 不會。因為銅線及鋅片為過量,而且其表面分別鍍上銀和鉛後形成一層金屬表面而不易繼續向裡面反應,最終會達成化學平衡狀態,亦即會達到正反應速率=逆反應速率,造成反應物與生成物共存。
3. 你可否依金屬活性大小,設計一反應式使該反應式會發生?
(金屬活性依序大→小:Li、K、Cs、Ba、Sr、Ca、Na、Mg、Al、Mn、
    Zn、Cr、Fe、 Co、Ni、Sn、Pb、H、Cu、 Hg、Ag 、Pt、Au)
答: Mg(s) +  Cu2+(aq)  →  Mg2+(aq)  +  Cu(s) 。

參考資料

1. Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd ed., 1988, Volume 1, p 151, Washington, D.C., American Chemical Society.

適用程度

國民小學 ˇ國民中學 ˇ高級中學 大學普通化學

安全

 示範這個實驗必須戴安全眼鏡及可丟棄的手套。
 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。

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