Skkn điều chế và bảo quản đồng oxit cu2o

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI:
“ĐIỀU CHẾ VÀ BẢO QUẢN ĐỒNG OXIT CU2O”

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 Cu2O
màu đỏ gạch. Ta dùng nó để kiểm chứng sản phẩm đồng (I) oxit Cu2O sinh trong phản
ứng oxi hóa của Cu(OH)2/NaOH với nhóm hiđrocacboyl –CHO (nhóm định chức của
anđehit). Nhưng Cu2O 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 Cu2O ” 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 Cu2O.
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 Cu2O làm mẫu kiểm chứng cho các thí nghiệm.
2

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 2O 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 Cu2O làm mẫu kiểm chứng cho các phản ứng có sản phẩm tạo ra
kết tủa đỏ gạch của Cu 2O 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.

3

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 Cu2O 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: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p 6 3d10 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 )
Kim loại
Cu

[1]
Tnc,0C
1083

Ts,0C
2543

Tỉ khối
8.94

Độ cứng
(Moxơ)
3.0

Độ dẫn

Độ dẫn

điện

nhiệt

(Hg =1)

(Hg =1)

57

36

1.1.2.Tính chất hóa học:
*Tác dụng với phi kim (O2, Cl2, 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) Cu2O và đồng (II) CuO:
2Cu + O2


 2CuO

CuO + Cu 
 Cu2O
-Với Cl2, đồng tác dụng mãnh liệt tạo CuCl2 và CuCl :
Cu + Cl2

[2]


 CuCl2 (tan tốt trong nước)

CuCl2 + Cu 
[3]
 2CuCl (không tan trong nước, tan trong dd HCl)
-Với Lưu huỳnh, đồng đốt nóng tiếp tục cháy trong hơi lưu huỳnh tạo muối
đồng sunfua màu đen, giòn:
to
Cu + S

 CuS
*Tác dụng với axit:

4

-Đồng không tan trong dung dịch HCl, H2SO4 loãng, nhưng khi có mặt oxi thì
đồng sẽ tan trong dung dịch HCl theo phương trình:
2Cu + 4HCl + O2 
[4]
 2CuCl2 + 2H2O
-Trong môi trường HCl khá đặc và dư đồng, đồng tiếp tục tác dụng CuCl2 tạo
đồng (I) clorua CuCl:

[5]

CuCl2 + Cu 
 2CuCl (không tan trong nước, tan trong dd HCl)
Hay: CuCl2 + Cu + 2HCl 
 2H[CuCl2]
-Với H2SO4 đặc nóng, đồng tác dụng giải phóng sản phẩm khử là SO2:

[6]

to
Cu + 2H2SO4 
 CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
-Với axit nitric, đồng dễ dàng bị hòa tan và tùy theo điều kiện mà sản phẩm khử

là khí NO hay NO2:
Cu + 4HNO3 đặc


 Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

3Cu + 8HNO3 loãng 
 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
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 Cu2O: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[CuCl2] ).

[8]

1.2.3.Đồng (II) clorua CuCl2:Tinh thể dạng CuCl2.2H2O hình lăng trụ, màu
lục, dễ chảy ngoài không khí, dễ tan trong nước,trong methanol. Dung dịch CuCl2 có
màu xanh lục, pha loãng có màu xanh thẫm.

dd CuCl2 đặc

dd CuCl2 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
CuCl2 với màu sắc từ nâu hơi vàng, nâu đen sậm rồi xanh lục.

5

[8]

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 + Cu2O + 3H2O

Ví dụ:

đỏ gạch

to
CH3-CHO + 2Cu(OH)2 + NaOH 
 CH3-COONa + Cu 2O↓ + 3H2O

R-CHO + 2Cu(OH)2 + NaOH 
 R-COONa + Cu 2O + 3H2O
1.3.2.Đốt dây đồng trong không khí, tạo lớp sản phẩm đen lẫn đỏ:
to
2Cu + O2 
 2CuO

đồng (II) oxit màu đen

Sau đó, đồng (II) oxit CuO lại tác dụng với đồng kim loại tạo đồng (I) oxit Cu2O
màu đỏ gạch:
to
CuO + Cu 
 Cu 2O

đồng (I) oxit màu đỏ gạch

6

2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN ĐIỀU CHẾ ĐỒNG (I) OXIT Cu2O
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 + O2 
 2CuCl2 + 2H2O

[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
CuCl2 tạo thành đồng (I) clorua CuCl theo phương trình:
Cu + CuCl2 
 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 Cu2+ 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.

7

Màu của dd trong
thời gian đầu ngâm
Cu trong HCl đặc.

Màu của dd khi
nồng độ Cu+ và
Cu2+ cao nhất.

Dd trong suốt
khi nồng độ
Cu+ /HCl là
100%

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 Cu2O (màu đỏ gạch). Phản ứng xảy ra theo phương trình:
CuCl + NaOH 
 CuOH↓ + NaCl
2CuOH


 Cu2O↓ + H2O

Dung dịch
CuCl/HCl trong
suốt

Thêm dd NaOH vào

Để một thời gian

Kết tủa đỏ gạch của
đồng (I) oxit CuOH

Dung dịch trong suốt
Kết tủa đỏ gạch của Cu2O

2.2.Từ CuCl2 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 CuCl2.2H2O 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

8

2.2.2.Quy trình điều chế:
Cho HCl đặc vào dung dịch CuCl2 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.

CuCl2/HCl +
Cu vụn

Đun 5 phút

Đun 5 phút

=-=-=

dd xanh lục

Cu vụn

=.=.=
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 Cu2O (màu đỏ gạch).
Tiếp tục để khoảng 2 giờ, màu vàng chuyển sang màu đỏ gạch do CuOH không
bền chuyền sang Cu2O (màu đỏ gạch) (như mục 2.1.3)

9

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 Cu2O màu đỏ gạch.

Dd trong suốt
Dd trong suốt

Sau 1 năm

Kết tủa đỏ gạch cua Cu2O

Lớp CuO màu đen
Kết ủa đỏ gạch của
Cu2O

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

10

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 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 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

11

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.

12

MỤC LỤC


Đề mục

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 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 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 đen lẫn đỏ
2
2.1

6

CÁC PHƯƠNG 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

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