Условие
Через трубку с раскалённым оксидом меди(II) пропускают водород. Опиши, что будет видно в трубке и на стенках, напиши уравнение реакции, назови продукты и объясни, почему медь «вернулась» в виде металла, а водород превратился в воду.
Что известно и что ищем
- Известно, что оксид меди(II) — чёрный порошок, а медь — металл красноватого цвета.
- Известно, что водород горюч и его смесь с воздухом взрывоопасна, поэтому перед опытом воздух из прибора вытесняют водородом.
- Ищем объяснение через состав веществ: кто у кого забрал кислород и что из этого получилось.
Ход решения
- Шаг 1. Читаем название опыта. Оксид меди(II) — соединение меди с кислородом. Водород — простое вещество. Значит, реакция идёт между сложным веществом и простым.
- Шаг 2. Определяем, что получится. Водород соединяется с кислородом из оксида и даёт воду, а медь остаётся одна, без кислорода, то есть в виде простого вещества. Уравнение: H₂ + CuO → Cu + H₂O.
- Шаг 3. Проверяем уравнение по атомам. Слева два атома водорода, один меди и один кислорода; справа — два водорода в воде, один кислород и одна медь. Число атомов совпало, коэффициенты не нужны.
- Шаг 4. Описываем наблюдаемое. Чёрный порошок оксида меди постепенно становится красноватым — это медь. На холодных стенках трубки появляются капельки воды. Оба изменения видны глазом, поэтому опыт легко запомнить.
- Шаг 5. Объясняем роли веществ. Водород отнимает кислород у оксида, то есть восстанавливает медь до металла, а сам присоединяет кислород и окисляется до воды. Это первое знакомство с окислительно-восстановительными реакциями: одна частица отдаёт, другая принимает.
- Шаг 6. Отмечаем практический смысл. По той же схеме водородом можно получать металлы из их оксидов, а в промышленности этот приём используют там, где нужен чистый металл. И отдельно проговариваем безопасность: перед поджиганием водорода нужно убедиться, что в приборе нет воздуха.
Проверь себя
- Ответ: H₂ + CuO → Cu + H₂O; продукты — медь и вода; наблюдаем покраснение порошка и капельки воды на стенках.
- Проверка вывода: спросите, откуда взялся кислород в воде. Правильный ответ — из оксида меди: водород сам кислорода не содержит, он его только присоединяет. Если ребёнок этого не видит, уравнение заучено, но не понято.
- Ловушка: считать, что водород «сгорел в кислороде воздуха». В опыте воздух вытеснен, а кислород водород берёт из оксида меди. Второй частый промах — назвать продуктом только медь и забыть воду.
Как объяснить ребёнку
«Оксид меди — это медь, которая держит в руках кислород. Водород — сильный сосед, он отбирает кислород себе: меди приходится остаться одной, и она снова становится красным металлом, а водород с кислородом превращается в воду — те самые капельки на стенках трубки. Так один газ освобождает металл из его оксида».
Тема для отчёта родителю
«Водород как восстановитель: получение меди из оксида меди(II)».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.