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

11

PHẦN KẾT LUẬN
Từ những hóa chất 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 Cu
2
O 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 Cu
2
O 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 cho nhà trường (dùng mua thêm hóa
chất mà thường là ít do 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 trường trong quá trình nghiên cứu.
TÁC GIẢ






12

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]: Tr 228, 229- Hóa học vô cơ-Tập ba- Hoàng Nhâm-NXB Giáo dục, 2005.
[2]: 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 Nhâm-NXB Giáo dục, 2005.
[8]: Tr 238- Hóa học vô cơ -Tập ba-Hoàng Nhâm-NXB Giáo dục, 2005.
[9]: Tr 239- Hóa học vô cơ -Tập ba-Hoàng Nhâm-NXB Giáo dục, 2005.

















13

MỤC LỤC

Đề mục
Trang

MỞ ĐẦU 2

1
Bối cảnh và tính cần thiết của đề tài
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
1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
4
1.1
Cơ sở lý thuyết của kim loại đồng
4
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 tắt của một số chất có liên quan trong đề tài
5
1.2.1

Đồng (II) oxit CuO
5
1.2.2

Đồng (I) oxit Cu
2
O
5
1.2.3

Đồng (II) clorua CuCl
2
5
1.2.4

Đồng (I) clorua CuCl
5
1.3
Các phản ứng thường gặp trong thí nghiệm của các trường phổ thông
cần mẫu đối chứng là đồng (I) oxits màu đỏ gạch
6
1.3.1

Phản ứng khử của anđehit R-CHO với đồng (II) hiđroxit trong môi
trường kiềm
6
1.3.2

Đốt dây đồng trong không khí tạo sản phẩm có màu đen lẫn đỏ
6
2
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN ĐIỀU CHẾ ĐỒNG (I) OXIT Cu
2
O
7
2.1
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

14

2.1.3

Quy trình điều chế

7
2.2
Từ CuCl
2
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
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
Hiệu trưởng 8,2đ