sáng kiến kinh nghiệm điều chế và bảo quản đồng oxit cu2o

1 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BẾN TRE TRƯỜNG THPT NGUYỄN NGỌC THĂNG Sáng kiến kinh nghiệm Đề tài: ĐIỀU CHẾ VÀ BẢO QUẢN ĐỒNG (I) OXIT Cu 2 O Tác giả: Trần Văn Nguyện Đơn vị: THPT Nguyễn Ngọc Thăng Bến Tre, tháng 3 năm 2013 2 MỞ ĐẦU 1.Bối cảnh và tính cần thiết của đề tài. Mẫu đối chứng cho các thí nghiệm hóa học là một thao tác bắt buộc nhằm chứng minh cho giả thiết giáo khoa hay phát hiện hoặc kết luận một tính chất nào đó của chất hóa học trong các bài giảng về hóa học ở các trường phổ thông và cũng là thao tác cơ bản trong nghiên cứu khoa học. Bằng kinh nghiệm thực tế giảng dạy nhiều năm bộ môn nầy ở trường phổ thông tôi nhận thấy: -Không phải thí nghiệm nào cũng có hóa chất mẫu để kiểm chứng cho giả thiết mình đưa ra, vì hóa chất mẫu thuộc loại này không có sẳn. -Mẫu kiểm chứng là những hóa chất khó khó điều chế trong phòng thí nghiệm. -Mẫu kiểm chứng khó bảo quản. Trong tình huống như thế buộc giáo viên đứng lớp thường phải kết luận kiến thức mới cho học sinh có tính chất áp đặt nên khả năng thuyết phục bị hạn chế, nhất là đối với học sinh giỏi hay thắc mắc, tìm tòi. Trong số các hóa chất khó tìm để làm mẫu kiểm chứng có đồng (I) oxit Cu 2 O màu đỏ gạch. Ta dùng nó để kiểm chứng sản phẩm đồng (I) oxit Cu 2 O sinh trong phản ứng oxi hóa của Cu(OH) 2 /NaOH với nhóm hiđrocacboyl –CHO (nhóm định chức của anđehit). Nhưng Cu 2 O làm mẫu đối chứng lại không có sẳn trong phòng thí nghiệm, khó điều chế, khó bảo quản (dễ bị oxi hóa thành CuO màu đen). Từ những lý do trên, qua kinh nghiệm thực tế giảng dạy, thực nghiệm và điều kiện thực tế của phòng thí nghiệm các trường phổ thông, tôi đề xuất đề tài của Sáng kiến kinh nghiệm là: “Điều chế và bảo quản đồng (I) oxit Cu 2 O ” dễ thực hiện, bảo quản được lâu, dùng làm mẫu kiểm chứng cho các phản ứng minh họa mà sản phẩm tạo thành có màu đỏ gạch của đồng (I) oxit Cu 2 O. 2.Phạm vi nghiên cứu: -Thực tế công tác giảng dạy và thực nghiệm hóa học các trường phổ thông mà cụ thể là trường THPT Nguyễn ngọc Thăng. -Nhu cầu hóa chất Cu 2 O làm mẫu kiểm chứng cho các thí nghiệm. 3 3.Mục tiêu đề tài: 3.1.Mục tiêu tổng quát: Sản xuất một số hóa chất làm mẫu kiểm chứng mà phòng thí nghiệm các trường phổ thông không có sẳn . 3.2.Mục tiêu cụ thể: Sản xuất và bảo quản đồng (I) oxit Cu 2 O từ điều kiện thực tế của phòng thí nghiệm các trường phổ thông, làm mẫu kiểm chứng cho các thí nghiệm có sản phẩm tạo thành kết tủa đỏ gạch. 3.3.Điểm mới trong kết quả nghiên cứu: -Tự sản xuất Cu 2 O làm mẫu kiểm chứng cho các phản ứng có sản phẩm tạo ra kết tủa đỏ gạch của Cu 2 O mà phòng thí nghiệm các trường phổ thông không có loại hóa chất nầy để kiểm chứng. -Sản phẩm tạo thành là thuần nhất, màu đặc trưng chuẩn của hóa chất theo mô tả giáo khoa. -Cách bảo quản được lâu (hàng năm) và đơn giản. -Phương pháp điều chế mới, đơn giản, được kết hợp từ những kiến thức giáo khoa cơ bản. 4 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI Trong khuôn khổ đề tài Sáng kiến kinh nghiệm này, tôi xin giới thiệu 2 phương pháp đơn giản điều chế Cu 2 O trong điều kiện phòng thí nghiệm trường phổ thông và cách bảo quản được lâu mà đơn giản. 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.Cơ sở lý thuyết về Kim loại đồng (Cu): 1.1.1.Vị trí, cấu tạo nguyên tử, tính chất vật lí. - Đồng Cu (Z=29) thuộc chu kì 4 nhóm IB trong hệ thống tuần hoàn. - Nguyên tử khối: 63.597. - Cấu hình e ở trạng thái cơ bản: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1. - Gồm 2 đồng vị bền: 63 29 Cu (70,13%) và 65 29 Cu (29,87%) - Là chất rắn màu đỏ, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt (Xem thêm 1 số tính chất vật lý bảng dưới ) [1] Kim loại Tnc, 0 C Ts, 0 C Tỉ khối Độ cứng (Moxơ) Độ dẫn điện (Hg =1) Độ dẫn nhiệt (Hg =1) Cu 1083 2543 8.94 3.0 57 36 1.1.2.Tính chất hóa học: *Tác dụng với phi kim (O 2 , Cl 2 , S,…) -Với oxi, tác dụng tạo oxit. Nếu đốt trên ngọn lửa, ta sẽ thấy một lớp màu đen lẫn đỏ bao phủ của hai oxit đồng (I) Cu 2 O và đồng (II) CuO: 2Cu + O 2  2CuO CuO + Cu  Cu 2 O [2] -Với Cl 2 , đồng tác dụng mãnh liệt tạo CuCl 2 và CuCl : Cu + Cl 2  CuCl 2 (tan tốt trong nước) CuCl 2 + Cu  2CuCl (không tan trong nước, tan trong dd HCl) [3] -Với Lưu huỳnh, đồng đốt nóng tiếp tục cháy trong hơi lưu huỳnh tạo muối đồng sunfua màu đen, giòn: Cu + S to  CuS *Tác dụng với axit: 5 -Đồng không tan trong dung dịch HCl, H 2 SO 4 loãng, nhưng khi có mặt oxi thì đồng sẽ tan trong dung dịch HCl theo phương trình: 2Cu + 4HCl + O 2  2CuCl 2 + 2H 2 O [4] -Trong môi trường HCl khá đặc và dư đồng, đồng tiếp tục tác dụng CuCl 2 tạo đồng (I) clorua CuCl: [5] CuCl 2 + Cu  2CuCl (không tan trong nước, tan trong dd HCl) Hay: CuCl 2 + Cu + 2HCl  2H[CuCl 2 ] [6] -Với H 2 SO 4 đặc nóng, đồng tác dụng giải phóng sản phẩm khử là SO 2 : Cu + 2H 2 SO 4 to  CuSO 4 + SO 2 ↑ + 2H 2 O -Với axit nitric, đồng dễ dàng bị hòa tan và tùy theo điều kiện mà sản phẩm khử là khí NO hay NO 2 : Cu + 4HNO 3 đặc  Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 ↑ + 2H 2 O 3Cu + 8HNO 3 loãng  3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO↑ + 4H 2 O 1.2.Tính chất tóm tắt của một số chất liên quan trong đề tài: 1.2.1.Đồng (II) oxit CuO: Chất rắn màu đen, không tan trong nước,tan trong dung dịch axit mạnh và một số axit khác tạo dung dịch muối đồng (II) [7] 1.2.2.Đồng (I) oxit Cu 2 O:Chất rắn màu đỏ gạch, không tan trong nước, tan trong dung dịch HCl đặc tạo dung dịch đồng (I) clorua CuCl (thực chất là phức H[CuCl 2 ] ). [8] 1.2.3.Đồng (II) clorua CuCl 2 :Tinh thể dạng CuCl 2 .2H 2 O hình lăng trụ, màu lục, dễ chảy ngoài không khí, dễ tan trong nước,trong methanol. Dung dịch CuCl 2 có màu xanh lục, pha loãng có màu xanh thẫm. dd CuCl 2 đặc dd CuCl 2 loãng 1.2.4.Đồng (I) cloua CuCl: Chất rắn màu trắng không tan trong nước, tan trong dung dịch HCl tạo dung dịch không màu. Khi có mặt không khí sẽ chuyển dần thành CuCl 2 với màu sắc từ nâu hơi vàng, nâu đen sậm rồi xanh lục. [8] 6 1.3.Các phản ứng thường gặp trong thí nghiệm của trường phổ thông cần có mẫu đối chứng là đồng (I) oxit màu đỏ gạch: 1.3.1.Phản ứng khử của anđehit R-CHO với đồng (II) hiđroxit trong môi trường kiềm Cu(OH) 2 /NaOH: R-CHO + 2Cu(OH) 2 + OH - to  R-COO - + Cu 2 O + 3H 2 O Ví dụ: đỏ gạch CH 3 -CHO + 2Cu(OH) 2 + NaOH to  CH 3 -COONa + Cu 2 O ↓ + 3H 2 O R-CHO + 2Cu(OH) 2 + NaOH  R-COONa + Cu 2 O + 3H 2 O 1.3.2.Đốt dây đồng trong không khí, tạo lớp sản phẩm đen lẫn đỏ: 2Cu + O 2 to  2CuO đồng (II) oxit màu đen Sau đó, đồng (II) oxit CuO lại tác dụng với đồng kim loại tạo đồng (I) oxit Cu 2 O màu đỏ gạch: CuO + Cu to  Cu 2 O đồng (I) oxit màu đỏ gạch 7 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN ĐIỀU CHẾ ĐỒNG (I) OXIT Cu 2 O 2.1.Từ đồng phế liệu, dung dịch HCl đặc và xút loãng NaOH: 2.1.1.Xử lý nguyên liệu đồng Đồng phế liệu (dây quấn môtơ, dây điện đã qua sử dụng,…) đem đốt trên ngọn lửa cho cháy hết lớp vecni bên ngoài, rồi cắt ngắn khoản 2cm cho vào cốc thủy tinh. 2.1.2.Xử lý dung dịch HCl đậm đặc Dung dịch HCl đậm đặc ngoài thị trường có khối lượng riêng D ≈ 1.1, tương ứng hàm lượng HCl 37%. Để có dung dịch HCl nồng độ thích hợp cho việc hòa tan đồng, ta làm như sau: Cứ 1lit dung dịch HCl đậm đặc bốc khói ta pha thêm từ 0,5 đến 1 lit nước tinh khiết ta sẽ có dung dịch HCl nồng độ từ 6M→ 8M hay từ 20%→ 24%. 2.1.3.Quy trình điều chế: -Hòa tan đồng phế liệu vào dung dịch HCl đặc: Ngâm đồng phế liệu đã xử lý vào dung dịch HCl đặc dư trong một cái cốc sao cho không khí tiếp xúc được dễ dàng (không đậy kín cốc), đồng hòa tan từ từ theo phương trình: 2Cu + 4HCl + O 2  2CuCl 2 + 2H 2 O [4] Tốc độ phản ứng tỉ lệ với nồng độ axit. Sau đó, trong môi trường axit, đồng kim loại lại tác dụng với đồng (II) clorua CuCl 2 tạo thành đồng (I) clorua CuCl theo phương trình: Cu + CuCl 2  2CuCl [3] Cu + sinh ra kết hợp với Cu 2+ tạo (chưa phản ứng hết) thành dung dịch màu nâu đen. Khi màu nâu đen đậm nhất là lúc nồng độ hai ion Cu + và Cu 2+ cao nhất, ta đóng hệ thống hoàn lưu (không cho hệ tiếp xúc với không khí) và đun nóng, khi đó phản ứng [4] không xảy ra, chỉ xảy ra phản ứng [3] thôi. Đến khi dung dịch là 100% đồng (I) clorua CuCl (trong môi trường HCl) sẽ trong suốt. 8 Chuẩn bị cốc chứa sẳn dung dịch NaOH loãng, hơi dư, rót dung dịch trong suốt của CuCl/HCl vào, kết tủa màu vàng của đồng (I) hiđroxit CuOH xuất hiện. Tiếp tục để khoảng 2 giờ, màu vàng chuyển sang màu đỏ gạch do CuOH không bền chuyền sang Cu 2 O (màu đỏ gạch). Phản ứng xảy ra theo phương trình: CuCl + NaOH  CuOH ↓ + NaC l 2CuOH  Cu 2 O↓ + H 2 O Thêm dd NaOH vào Để một thời gian Dung dịch trong suốt Kết tủa đỏ gạch của Cu 2 O 2.2.Từ CuCl 2 tinh thể, đồng phế liệu, dung dịch HCl đặc và xut NaOH 2.2.1.Xử lý nguyên liệu -Đồng vụn và dung dịch HCl đặc xử lý như mục 2.1. -Tinh thể đồng (II) clorua CuCl 2 .2H 2 O pha thành dung dịch đậm đặc sao cho có màu xanh lục là được, nếu tạo thành màu xanh dương là chưa được (xem màu bên dưới). Được Chưa được Dung d ịc h CuCl/HCl trong suốt K ết tủa đỏ gạch của đồng (I) oxit CuOH Màu c ủa dd trong thời gian đầu ngâm Cu trong HCl đặc. Màu c ủa dd khi nồng độ Cu + và Cu 2+ cao nh ất . Dd trong su ốt khi nồng độ Cu + /HCl là 100% 9 2.2.2.Quy trình điều chế: Cho HCl đặc vào dung dịch CuCl 2 đặc (mục 2.1) để tạo môi trường axit, thêm đồng vụn đã được xử lý vào, đóng hệ thống hoàn lưu (không cho hệ tiếp xúc với không khí) rồi đun khoảng 10 đến 15 phút. Hiện tượng nhận thấy là dung dịch từ màu xanh lục chuyển dần sang xanh đen rồi màu nâu đen đậm nhất. Sau đó, màu đen nhạt dần rồi mất màu hẳn, dung dịch trở nên trong suốt. Lúc nầy ta được dung dịch 100% CuCl/HCl. Đun 5 phút Đun 5 phút Cu vụn =-=-= =.=.= dd xanh lục dd nâu đen đậm dd trong suốt Chuẩn bị cốc chứa sẳn dung dịch NaOH loãng, rót dung dịch trong suốt của CuCl vào, kết tủa màu vàng của đồng (I) hiđroxit CuOH xuất hiện. Tiếp tục để khoảng 2 giờ, màu vàng chuyển sang màu đỏ gạch do CuOH không bền chuyền sang Cu 2 O (màu đỏ gạch). Tiếp tục để khoảng 2 giờ, màu vàng chuyển sang màu đỏ gạch do CuOH không bền chuyền sang Cu 2 O (màu đỏ gạch) (như mục 2.1.3) CuCl 2 /HCl + Cu vụn 10 3.BẢO QUẢN MẪU ĐỒNG (I) OXIT Sau khi kết tủa chuyển từ màu vàng của đồng (I) hiđroxit CuOH sang kết tủa đỏ gạch của đồng (I) oxit, ta cứ để nguyên lớp dung dịch phía trên. Lớp dung dịch nầy sẽ bảo vệ phần ngăn cách không cho không khí tiếp xúc với đồng (I) oxit. Tuy nhiên, phần oxi tan trong dung dịch cũng oxi hóa một lớp mỏng của đồng (I) oxit biến chúng thành đồng (II) oxit CuO màu đen, phần bên dưới vẫn là đồng (I) oxit Cu 2 O màu đỏ gạch. Dd trong suốt Dd trong suốt Sau 1 năm Lớp CuO màu đen Kết tủa đỏ gạch cua Cu 2 O Kết ủa đỏ gạch của Cu 2 O Sau 1 năm, sản phẩm cũng vẫn tồn tại mà không biến đổi. Với thời gian nầy đủ cho ta làm mẫu kiểm chứng cho cả một năm học [...]... đơn giản dễ tìm như: đồng vụn (hay đồng phế liệu), dung dịch HCl, dung dịch xut NaOH và một chút sáng tạo, ta điều chế được Cu2O ngay trong điều kiện phòng thí nghiệm trường mình và bảo quản lâu dài hóa chất nầy: một hóa chất khó tìm, khó bảo quản Với phương pháp đã trình bày, vấn đề thiếu đồng (I) oxit Cu2O làm mẫu kiểm chứng cho các thực nghiệm có sản phẩm tạo thành là đồng (I) oxit màu đỏ gạch đã... được giải quyết 1.Những bài học kinh nghiệm: Những khó khăn về đồ dùng dạy học nói chung và hóa chất nói riêng có thể được giải quyết bằng sáng kiến của mọi người dựa trên điều kiện thực tế đã có 2.Ý nghĩa của sáng kiến kinh nghiệm dối với việc giảng dạy 2.1.Ý nghĩa kinh tế Với những hóa chất và điều kiện sẳn có, ta tự điều chế và bảo quản được lâu dài hóa chất đồng (I) oxit, tiết kiệm được ngân sách... PHÁP ĐƠN GIẢN ĐIỀU CHẾ ĐỒNG (I) OXIT Cu 2O 7 Từ đồng phế liệu, dung dịch HCl đặc và dung dịch xút loãng NaOH 7 2.1.1 Xử lý nguyên liệu đồng 7 2.1.2 Xử lý dung dịch HCl đặc 7 13 2.1.3 Quy trình điều chế 2.2 7 Từ CuCl2 tinh thể, đồng phế liệu, dung dịch HCl đặc và xút 8 2.2.1 Xử lý nguyên liệu 8 2.2.2 Quy trình điều chế 9 3 BẢO QUẢN MẪU ĐỒNG (I) OXIT 10 PHẦN KẾT LUẬN 11 1 Những bài học kinh nghiệm 11 2... chất có liên quan trong đề tài 5 1.2.1 Đồng (II) oxit CuO 5 1.2.2 Đồng (I) oxit Cu2O 5 1.2.3 Đồng (II) clorua CuCl2 5 1.2.4 Đồng (I) clorua CuCl 5 Các phản ứng thường gặp trong thí nghiệm của các trường phổ thông 1.3 cần mẫu đối chứng là đồng (I) oxits màu đỏ gạch 6 Phản ứng khử của anđehit R-CHO với đồng (II) hiđroxit trong môi 1.3.1 6 trường kiềm 1.3.2 Đốt dây đồng trong không khí tạo sản phẩm có màu... ngân sách hạn chế và đắt đỏ) 2.2.Ý nghĩa sư phạm -Tạo được mẫu kiểm chứng đồng (I) oxit chuẩn (mà trước đây các phòng thí nghiệm các trường phổ thông thường thiếu hóa chất nầy) -Tăng hiệu quả và hấp dẫn của bài giảng -Khuyết khích giáo viên, học sinh ý thức tìm tòi nghiên cứu khoa học -Xây dựng và củng cố tình cảm của học sinh với bộ môn hóa học, tập làm quen với nghiên cứu khoa học, ý thức bảo vệ môi... phế liệu, dung dịch HCl đặc và xút 8 2.2.1 Xử lý nguyên liệu 8 2.2.2 Quy trình điều chế 9 3 BẢO QUẢN MẪU ĐỒNG (I) OXIT 10 PHẦN KẾT LUẬN 11 1 Những bài học kinh nghiệm 11 2 Ý nghĩa của Sáng kiến kinh nghiệm 11 2.1 Ý nghĩa kinh tế 11 2.2 Ý nghĩa sư phạm 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO 12 MUC LỤC 13 Trần Văn Nguyện Trường THPT Nguyễn Ngọc Thăng 14 Hiệu trưởng 8,2đ ... Trang MỞ ĐẦU 1 Bối cảnh và tính cần thiết của đề tài 2 2 2 Phạm vi nghiên cứu 2 3 Mục tiêu của đề tài 3 3.1 Mục tiêu tổng quát 3 3.2 Mục tiêu cụ thể 3 3.3 Điểm mới trong kết quả nghiên cứu 3 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 Cơ sở lý thuyết của kim loại đồng 4 1 1.1 1.1.1 Vị trí cấu tạo nguyên tử, tính chất vật lý của kim loại đồng 4 1.1.2 Tính chất hóa học của kim loại đồng 4 1.2 Tính chất tóm... Tr 256-NL.Glinka (bản tiếng Việt)-Tập 2-NXB Mir Maxcơva, 1985 [3]: Tr 258- NL.Glinka (bản tiếng Việt)-Tập 2-NXB Mir Maxcơva, 1985 Tr 409, 410, 411-Hóa vô cơ -Tập 2-Akmetop (bản tiếng Việt)- NXB Đại học và THCN-Hà Nội, 1978 [4]: Tr 257- NL.Glinka (bản tiếng Việt)-Tập 2-NXB Mir Maxcơva, 1985 [5],[7]: Tr 258- NL.Glinka (bản tiếng Việt)-Tập 2-NXB Mir Maxcơva, 1985 [6]: Tr 241- Hóa học vô cơ -Tập ba-Hoàng . nghiệm các trường phổ thông, tôi đề xuất đề tài của Sáng kiến kinh nghiệm là: Điều chế và bảo quản đồng (I) oxit Cu 2 O ” dễ thực hiện, bảo quản được lâu, dùng làm mẫu kiểm chứng cho các phản. 1 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BẾN TRE TRƯỜNG THPT NGUYỄN NGỌC THĂNG Sáng kiến kinh nghiệm Đề tài: ĐIỀU CHẾ VÀ BẢO QUẢN ĐỒNG (I) OXIT Cu 2 O Tác giả: Trần Văn. nghĩa của sáng kiến kinh nghiệm dối với việc giảng dạy 2.1.Ý nghĩa kinh tế Với những hóa chất và điều kiện sẳn có, ta tự điều chế và bảo quản được lâu dài hóa chất đồng (I) oxit, tiết kiệm được