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K's理科実験室 ~K's Science Lab~

中学高校理科教材 科学に関するメモなど

 
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酸化銅の還元

 酸化銅の還元。この実験では,火力を「強く」すること,酸化銅と炭素の混合物を密着させることが重要です。
 教科書の図のガスバーナー程度の火力だと…きれいに反応しないこともありますので注意が必要。また,冷めるまでの間,空気が入って再び酸化するのを防ぐために「ゴム管をクリップでとめる」とありますが,これも実際には不要です。クリップでとめなくても,再び酸化することはありませんでした。恐らく,試験管内とゴム管内に発生した二酸化炭素が充満しているために,ほとんど空気は入らないと考えます。このあたりは,教科書作成の際に確認して欲しいところです。
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酸化銅の還元++NaCl

 昨日,Twitterでのアドバイスを参考に今日は少量のNaCl(触媒)を添加してみました。質量比はCuO:C:NaCl=1.3:0.1:0.01で。もちろん,アルミはくで包んだ後「ギュッ」とかためるのを忘れずに。客観的なデータはとってないですが,NaCl添加前に比べれば,金属光沢がハッキリ認識できたグループが多かったです。おかげさまでこの実験の成功率が上がってます!!。今度は,もう少しNaClの量を増やしてみたいですね。

 うまくいくときは反応中このように激しく光が出ます。
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 「かたいものでこする」前の段階。すでに金属光沢が見られます。
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酸化銅の還元のコツ

 新学習指導要領では,酸化銅の還元が2年生の化学変化と原子・分子に統合されました。2年生で実施してみたのですが,乳鉢と乳棒が見当たらず…仕方がないので薬さじで混ぜ合わせて実験開始,これが充分反応しました。どうやら,乳鉢乳棒で混ぜることより,混ぜた後の密着度の方が効くようですね。


 以前は,なかなかうまくいかなかった実験ですが,酸化銅と炭素を混ぜ合わせた後,アルミはくで包んでギュッと「密着」させることでかなり高確率で還元が進むことがわかりました。何事も実践&経験ですかね。
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二酸化炭素中でマグネシウムの燃焼

 二酸化炭素中でマグネシウムを燃焼させてみました。CO2は理科室になく,間に合わないので,NaHCO3を加熱して収集。集気瓶に入れ,点火したマグネシウムを瓶に入れました。瓶に入れた直後から「バチバチ」と,明らかに空気中での燃え方とは違う音が…。CO2から酸素を奪う音でしょうか?
 瓶の内側には,黒い炭素が,酸化マグネシウムの表面にも黒い炭素が確認できました。初めてやってみましたが,結構感動です。
 初めに,分子式で確認してからやった方が,感動が大きい!! 2Mg + CO2 → 2MgO + C ですよね。

 明らかに酸化マグネシウムの表面に黒い「炭素」が確認できます。
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 瓶の内側にも炭素が確認できます。
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酸化銅の還元

 中学3年,酸化還元の実験で,酸化銅(II)の還元です。炭素による還元が以前もうまくいかず,砂糖などの有機物を使っていました。何とか教科書通り,炭素だけで酸化銅を還元できないものかと,同僚の先生に相談したところ,どうも炭素と酸化銅を乳鉢でグリグリ混ぜるとうまくいくらしいです。
 早速試してみました。酸化銅(II)1.3,炭素0.1です。乳鉢でグリグリ混ぜます。それを試験管にとり加熱,試験管の底の部分は還元されて赤い銅が確認できました。でも,全体が還元されません。
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 今度は,アルミはくに包んだあと,指で固めました。試験管に入れて加熱すると,先ほどより気体(CO2)の発生が多いような気がします。冷まして開けてみると,全体が銅に還元されているようです。
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 以上をまとめると,酸化銅をまんべんなく還元するポイントとして
1.酸化銅と炭素をしっかりグリグリ混ぜる(乳鉢と乳棒を使う)
2.1をアルミはくに詰めてしっかり固める。炭素と酸化銅がふれあうように。
3.強熱する
のようです。

酸化銅の還元を砂糖で

 酸化銅を炭素で還元する実験は,酸化・還元の定番実験です。しかし,この実験がどうもうまくいきません。炭素で還元しても,銅の生成が確認しにくいのです。
 ↓教科書通り,炭素で酸化銅を還元してみました。わずかに赤茶色の粒子(銅)が確認できます。しかし,よーく見ないとと分かりません。
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 ウェブサイト『This is の田のホームページ』さんには,ビニル袋やペットボトルなどの有機物を使う方法が紹介されていました。
http://www2e.biglobe.ne.jp/~shinzo/jikken/CuOkangen/CuOkangen.html
なるほど,有機物であれば還元できるというわけです!。早速試してみると赤茶色の銅がハッキリ確認できました。ただ,結構キツイ臭いが不評でした…。
 そこで,砂糖(グラニュー糖)でやってみました。炭素同様,酸化銅(II)に,グラニュー糖を加え,試験管で加熱します。酸化銅1.3gにグラニュー糖0.2gでうまく還元できました。臭いはありましたがあまーい臭いで好評でした(^_^)。
↓酸化銅にグラニュー糖を加えます。
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 石灰水も白く濁ります。ただし白煙が少々発生しますが…
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 ↓赤茶色の物質がハッキリ確認できますね。これは砂糖に含まれる水素の還元が大きいのでしょうか?
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 ところで,理科室には酸化銅(II)CuOと酸化銅(I)Cu2Oがあったのですが,どちらでやっても結果は同じでした。これはどっちでも良いのでしょうか?

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プロフィール

Koichiro SAITO

Author:Koichiro SAITO
 公立中学校改め高校教師(理科)です。自然体験。科学的な実体験を通して,科学的に考えるとはどういうことなのか,そして科学の面白さや奥深さを実感できるような授業を目指しています。
 2011.3.11の震災当時には校舎が沈下,解体され,プレハブ仮設校舎の生活でしたが,たくさんの方からご支援いただき,なんとか観察・実験を継続することができました。自分の実践が少しでも他の理科教育に携わる方の参考になれば幸いです。自分のメモも兼ねて,授業実践や観察・実験教材などアップしています。
 なお,当サイトは観察・実験の実践を紹介するものであり,その安全を確実に保証するものではありません。授業などで実践する前には,充分な予備実験を行い,事故防止に努めて下さいますよう,よろしくお願いいたします。

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