铁钉自己换衣服－由于扩散作用镀铜在铁钉上

简介

在一支试管中下层装蓝色的硫酸铜结晶，上层装白色的氯化钠结晶，在白色氯化钠结晶上加入水和静置的钉子。几天后氯化钠结晶的那一层会变成绿色，而且在铁钉表面上会出现金属铜。

示范步骤

1. 在试管中置入 2-3 公分高的含水硫酸铜结晶。

2. 取一张滤纸，剪成大小与试管内径相同的圆形，覆盖在含水硫酸铜结晶上。

3. 再加入大概为硫酸铜结晶一~两倍高度的盐巴。

4. 在盐巴上覆盖一张的滤纸，如图一所示。

5. 从试管的顶部加入水，直到水位高于铁钉的顶部。再以橡皮塞塞住，如图二所示。

6. 放进二根铁钉于试管的水中。

7. 静置观察几天，如图三与图四所示。

溶液和器材

1. 含水硫酸铜 (CuSO₄‧5H₂O)，少量。

2. 固态的盐巴 (即氯化钠)，少量。

3. 没有生锈的铁钉四支。

4. 量瓶一个。

5. 蒸馏水。

6. 橡皮塞二个。

原理和概念

1.   在蓝色的含水硫酸铜水溶液中，铜离子散布在水溶液中。当铜离子扩散到盐巴的那一层时，它们会与氯离子结合成绿色的 CuCl₄^2-，其反应式如下：
Cu²⁺_(aq) +  4 Cl^-_(aq) → CuCl₄^2-_(aq)

2.   当铜离子碰触到铁钉时，会进行氧化还原反应，此为自发性的反应，其反应式如下：
氧化反应：Fe_(s) → Fe²⁺_(aq) + 2 e^-
还原反应：Cu²⁺_(aq) + 2 e^- → Cu_(s)
净反应：Cu²⁺_(aq) + Fe_(s) → Fe²⁺_(aq) + Cu_(s)

教学提示

1. 问学生所观察的现象，要求其写下反应式。

2. 这一个实验可使学生知道物质反应可形成离子、金属及元素。

3. 这是很好的实验，可以使学生自己做实验由观察中思考个几天。

4. 铜是由自然界中自然铜中取出来的。

问题和参考答案

1.     常见的铜化合物是什么颜色？为什么会有不一样的颜色？

答:                   CuO      黑色

CuS                  黑色

Cu₂O                红色

Cu(OH)₂           蓝绿色

Cu(NH3)₂²⁺       深蓝色

CuSO₄              白色

CuSO₄‧5H₂O   蓝色

CuFe(CN)₄        红棕色

因各化合物的吸收光谱不同，而有不一样的颜色。

2.  如果金属铜形成，那钉子上发生了什么事？

答   铁钉上的铁被铜离子氧化生成铁离子溶于水中，而铁钉上则有铜离子还原成金属铜。

3.   铜金属如何由含铜矿物中取出？

答:  铜金属可由 Chalcopyrite、Bornite（斑铜矿）及 Chalcocite 等矿石中取出。

安全

 ● 示范这个实验必须戴安全眼镜及可丢弃的手套。

 ● 示范这个实验实行适当的风险评估是老师的责任。

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