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鐵釘自己換衣服---藉由擴散作用鍍銅在鐵釘上
by yangsp, 2011-08-31 21:51:53, 人氣(10099)

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:生物學系 黃嘉如 E523041


鐵釘自己換衣服---藉由擴散作用鍍銅在鐵釘上

簡介

在一支試管中下層裝藍色的硫酸銅結晶,上層裝白色的氯化鈉結晶,在白色氯化鈉結晶上加入水和靜置的釘子。幾天後氯化鈉結晶的那一層會變成綠色,而且在鐵釘表面上會出現金屬銅。

示範步驟

1. 在試管中置入 2-3 公分高的含水硫酸銅結晶。
2. 取一張濾紙,剪成大小與試管內徑相同的圓形,覆蓋在含水硫酸銅結晶上。
3. 再加入大概為硫酸銅結晶一~兩倍高度的鹽巴。
4. 在鹽巴上覆蓋一張的濾紙,如圖一所示。
5. 從試管的頂部加入水,直到水位高於鐵釘的頂部。再以橡皮塞塞住,如圖二所示。
6. 放進二根鐵釘於試管的水中。
7. 靜置觀察幾天,如圖三與圖四所示。

圖一 在試管內置入硫酸銅和鹽巴。

圖二 在試管內加入水和鐵釘。

 

 

圖三 靜置約 24-36 個小時。

圖四 左試管為放置 36 小時,右試管放置 0.5 小時

圖五 左圖為實驗後 36 小時的鐵釘,右圖為剛買來的鐵釘。

溶液和器材

1. 含水硫酸銅 (CuSO4‧5H2O),少量。
2. 固態的鹽巴 (即氯化鈉),少量。
3. 沒有生鏽的鐵釘四支。
4. 量瓶一個。
5. 蒸餾水。
6. 橡皮塞二個。

原理和概念

1. 在藍色的含水硫酸銅水溶液中,銅離子散佈在水溶液中。當銅離子擴散到鹽巴的那一層時,它們會與氯離子結合成綠色的 CuCl42-,其反應式如下:
Cu2+(aq) +  4 Cl-(aq) → CuCl42-(aq)
2. 當銅離子碰觸到鐵釘時,會進行氧化還原反應,此為自發性的反應,其反應式如下:
氧化反應:Fe(s) → Fe2+(aq) + 2 e-
還原反應:Cu2+(aq) + 2 e- → Cu(s)
淨反應:Cu2+(aq) + Fe(s) → Fe2+(aq) + Cu(s)

教學提示

1. 問學生所觀察的現象,要求其寫下反應式。
2. 這一個實驗可使學生知道物質反應可形成離子、金屬及元素。
3. 這是很好的實驗,可以使學生自己做實驗由觀察中思考個幾天。
4. 銅是由自然界中自然銅中取出來的。

問題和參考答案

1. 常見的銅化合物是什麼顏色?為什麼會有不一樣的顏色?
答:
CuO  黑色
CuS

黑色

Cu2O 紅色
Cu(OH)2 藍綠色
Cu(NH3)22+ 深藍色
CuSO4 白色
CuSO4‧5H2O 藍色
CuFe(CN)4 紅棕色

因各化合物的吸收光譜不同,而有不一樣的顏色。

2.  如果金屬銅形成,那釘子上發生了什麼事?
鐵釘上的鐵被銅離子氧化生成鐵離子溶於水中,而鐵釘上則有銅離子還原成金屬銅。
3. 銅金屬如何由含銅礦物中取出?
答: 銅金屬可由 Chalcopyrite、Bornite(斑銅礦)及 Chalcocite 等礦石中取出。

參考資料

1. 

Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd Ed., 1988, Volume 2, p 64, Washington, D.C., American Chemical Society.

適用程度

國民小學 國民中學 ˇ高級中學 ˇ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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