氢气的还原性和主要用途

氢气还原氧化铜实验全解析
化学实验就像一场充满惊喜的魔法秀，今天，我们就来揭开 “氢气还原氧化铜实验” 这场魔法背后的秘密。​
一、实验原理大揭秘​
在这个实验中，氢气（H₂）充当了 “夺氧小能手” 的角色。氧化铜（CuO）具有氧化性，而氢气具有还原性。当氢气与灼热的氧化铜相遇，氢气会从氧化铜中夺走氧元素，氧化铜失去氧后就被还原成了铜（Cu），氢气则与氧结合生成了水（H₂O）。用化学方程式表示就是：H₂ + CuO​===Cu + H₂O 。这一过程就像是氢气和氧化铜之间进行的一场 “氧元素的交换游戏”。​
二、实验前的精心准备​
实验仪器大集合：我们需要准备一只大试管，它是这场 “魔法反应” 的主要场地；还有铁架台，用来稳稳地固定试管；酒精灯则负责提供反应所需的热量，让这场 “魔法” 得以发生；导气管是氢气进入试管的 “通道”。​
实验药品要备好：主角氢气，可以通过启普发生器和锌粒、稀硫酸（1∶4）反应制取。制取氢气时，锌粒与稀硫酸在启普发生器中发生置换反应，锌将稀硫酸中的氢置换出来，生成氢气。氧化铜作为另一位重要 “角色”，以黑色粉末的形态参与实验。​
三、实验步骤步步为营​
氢气的制取与收集：将锌粒小心地放入启普发生器中，再缓缓加入稀硫酸。随着反应的进行，氢气不断产生。我们可以用排水法收集氢气，先将集气瓶装满水，倒立在水槽中，然后将导气管伸进集气瓶瓶口，让氢气慢慢将水排出，从而收集到纯净的氢气。​
实验装置巧搭建：把大试管用铁架台固定好，试管口略向下倾斜，这是为了防止反应生成的水倒流回试管底部，导致试管炸裂。将导气管伸进试管底部，位于氧化铜上方，这样氢气能与氧化铜充分接触。铁夹要夹在离试管口约 1/3 处。接着，用药匙将黑色的氧化铜粉末平铺在试管底部。​
氢气纯度要检验：这一步至关重要！用排水集气法收集一试管氢气，用大拇指紧紧按住试管口，将试管移近火焰，然后小心地放开拇指。如果听到尖锐的爆鸣声，那就说明氢气不纯，还不能用于实验，需要重新收集检验。只有听到轻微的 “噗” 声，才表明氢气已纯，可以进入下一步。​
实验开始有顺序：先通入纯净的氢气，让氢气在试管中 “跑一跑”，把试管内的空气全部赶出去，这个过程大约持续 1 - 2 分钟。然后，点燃酒精灯，用外焰加热试管底部的氧化铜。随着温度升高，神奇的现象开始出现了。​
实验现象细观察：我们会看到黑色的氧化铜粉末逐渐变成光亮的紫红色，这是因为氧化铜被还原成了铜。同时，试管口有水滴出现，这是氢气与氧化铜反应生成的水遇冷液化形成的。​
实验结束别慌乱：当看到黑色氧化铜大部分都变成紫红色后，先熄灭酒精灯，但是不要立刻停止通氢气。继续通氢气，让试管在氢气的 “保护” 下慢慢冷却，直到试管冷却至室温，再停止通氢气。这一步的目的是防止热的铜又被空气中的氧气氧化成氧化铜。​
四、实验注意事项要牢记​
氢气纯度是关键：不纯的氢气在加热时可能会发生爆炸，所以一定要确保氢气的纯度。​
操作顺序不能乱：“先通氢，再点灯；先熄灯，后停氢”，这个口诀要牢记。如果先点灯再通氢，试管内的空气与氢气混合，加热时极易发生爆炸。而如果先停氢再熄灯，热的铜会被空气中的氧气重新氧化。​
试管倾斜有原因：试管口略向下倾斜是为了防止生成的水倒流回热的试管底部，引发试管炸裂。​
氢气通入要到位：导气管要伸入试管底部，这样氢气才能与氧化铜充分接触，使反应更完全。