第二節 通過還原反應測定實驗式

通過還原反應,可以測定不活潑的金屬氧化物的實驗式。

以銅的氧化物為例,我們可以通過還原銅的氧化物的實驗,獲得氧化物中銅和氧的質量。實驗步驟大致如下:

  1. 稱量待反應的氧化物的質量 \(m\);
  2. 用 \(\ce{CO (g)}\) 或 \(\ce{H2 (g)}\),將氧化物全部還原成金屬銅;
  3. 稱量反應得到的銅的質量 \(m_1\);
  4. 氧化物中氧的質量 \(m_2 = m - m_1\);
  5. 根據銅的質量 \(m_1\) 和氧的質量 \(m_2\),即可確定氧化物的實驗式。
測定銅的氧化物的實驗式的裝置圖
例題

某同學利用上圖所示的實驗裝置,測定銅的氧化物的實驗式。在實驗過程中,黑色的銅的氧化物被一氧化碳完全還原後,生成紅色的金屬銅。該同學獲得以下實驗數據。

項目 質量 (\(\text{g}\))
反應前 大試管 \(20.080\)
大試管 + 銅的氧化物 \(22.004\)
反應後 大試管 + 銅 \(21.612\)

通過計算,求出銅的氧化物的實驗式。

題解:

首先,根據實驗數據,找出各元素的質量。

氧化物的質量 \(= 22.004 \text{ g}- 20.080 \text{ g} = 1.924 \text{ g}\)

\(\ce{Cu}\) 的質量 \(= 21.612 \text{ g}- 20.080 \text{ g} = 1.532 \text{ g}\)

\(\therefore \; \ce{O}\) 的質量 \(= 1.924 \text{ g}- 1.532 \text{ g} = 0.392 \text{ g}\)


然後,根據各元素的質量,確定實驗式。

\(\ce{Cu}\) \(:\) \(\ce{O}\) 1. 確定化合物中的各種元素。
\(1.532 \text{ g}\) \(:\) \(0.392 \text{ g}\) 2. 找出質量比。
\(\frac{1.532 \text{ g}}{63.5 \text{ g mol}^{-1}}\) \(:\) \(\frac{0.392 \text{ g}}{16.0 \text{ g mol}^{-1}}\) 3. 將質量比換算為摩爾比。
\(0.0241 \text{ mol}\) \(:\) \(0.0245 \text{ mol}\) 4. 將摩爾比化簡成最簡整數比。
\(1\) \(:\) \(1\)
\(\therefore\) 銅的氧化物的實驗式是 \(\ce{CuO}\)。 5. 根據最簡整數比,寫出實驗式。
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