Czy tlenki: ołowiu$\left(\text{II}\right)$, miedzi$\left(\text{II}\right)$ i glinu, ulegają reakcjom redukcji za pomocą węgla i wodoru? Jakie są produkty tych reakcji? Zapoznaj się z przebiegiem doświadczenia, zapisanymi obserwacjami, wynikami oraz wnioskami i odpowiednimi równaniami reakcji chemicznych.

Analiza eksperymentu:

Badanie reakcji redukcji wybranych tlenków za pomocą węgla i wodoru.

Problem badawczy:

Czy tlenki miedzi$\left(\text{II}\right)$, ołowiu$\left(\text{II}\right)$ i glinu ulegają redukcji za pomocą węgla lub wodoru?

Hipoteza:

Każdy z badanych tlenków (tlenek miedzi$\left(\text{II}\right)$, tlenek ołowiu$\left(\text{II}\right)$ oraz tlenek glinu) ulega reakcji redukcji zarówno z użyciem węgla jak i wodoru.

Sprzęt laboratoryjny:

• rurka szklana – szklana rurka, w tym przypadku z jednego końca z założonym gumowym korkiem, w którym zamocowana jest mała rurka, do której podłączono wąż łączący ją z butlą z wodorem;

• łyżeczka laboratoryjna – długi trzonek wykonany ze szkła, porcelany lub metalu zakończony z jednej strony łyżeczką;

• palnik Bunsena – urządzenie techniczne umożliwiające podtrzymywanie płomienia spalanego gazu w kontrolowany sposób;

• lejek – szkło w kształcie odwróconego stożka, ze zwężającą się rurką służący do przelewania cieczy lub sączenia;

• metalowy statyw z łapą na probówkę – element sprzętu laboratoryjnego, rodzaj metalowego statywu służącego do montowania szklanej aparatury;

• probówka – podłużne naczynie szklane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;

• bagietka laboratoryjna (szklany pręcik) – służąca do mieszania cieczy;

• probówka z wodą wapienną – probówka z wodnym roztworem wodorotlenku wapnia.

Odczynniki chemiczne:

• gazowy wodór (butla z wodorem - butla stalowa umożliwiająca przechowywanie gazu, w tym przypadku wodoru, pod ciśnieniem);

• węgiel aktywny;

• tlenek miedzi$\left(\text{II}\right)$;

• tlenek ołowiu$\left(\text{II}\right)$;

• tlenek glinu.

Przebieg eksperymentu:

Badanie reakcji redukcji z użyciem wodoru

1. Wprowadzenie wybranego tlenku do rurki szklanej umieszczonej na statywie.

2. Przymocowanie do jednego końca rurki (lewa strona) butli z wodorem.

3. Odkręcenie zaworu butli i ostrożne „przedmuchanie” wnętrza szklanej rurki wodorem.

4. Ogrzewanie miejsca, w którym znajduje się tlenek, za pomocą palnika Bunsena. Proces przeprowadzany przy odkręconym zaworze butli.

5. Obserwowanie zachodzących zmian.

6. Powtórzenie czynności od jeden do pięć dla pozostałych tlenków.

Badanie reakcji redukcji z użyciem węgla

1. Do probówki zamontowanej na statywie wprowadzono niewielką ilość węgla i wybranego tlenku.

2. Zawartość probówki wymieszano za pomocą pręcika szklanego.

3. Probówkę zatkano szklaną rurką, a jej drugi koniec zanurzono w probówce z wodą wapienną.

4. Mieszaninę tlenku i węgla w probówce ogrzewano za pomocą palnika Bunsena.

5. Obserwowano zachodzące zmiany.

6. Czynności od jeden do cztery powtórzono dla pozostałych tlenków.

Obserwacje:

W czasie ogrzewania tlenku miedzi$\left(\text{II}\right)$ “opłukiwanego” gazowym wodorem zaobserwowano, że czarny osad zmienia zabarwienie na brunatnoczerwone, a na ściankach szklanej rurki pojawiają się krople bezbarwnej cieczy.

W czasie ogrzewania tlenku ołowiu$\left(\text{II}\right)$ “opłukiwanego” gazowym wodorem zaobserwowano stopniowe zanikanie żółtawego ciała stałego i pojawienie się w rurce srebrzystoszarego osadu oraz pojawienie się kropel bezbarwnej cieczy na jej ściankach.

W czasie ogrzewania tlenku glinu “opłukiwanego” gazowym wodorem nie zaobserwowano objawów reakcji.

W czasie ogrzewania mieszaniny węgla z tlenkiem miedzi$\left(\text{II}\right)$ zaobserwowano pojawienie się w probówce brunatnoczerwonego osadu oraz zmętnienie wody wapiennej.

W czasie ogrzewania mieszaniny węgla z tlenkiem ołowiu$\left(\text{II}\right)$ zaobserwowano pojawienie się w probówce srebrzystoszarego osadu oraz zmętnienie wody wapiennej.

W czasie ogrzewania mieszaniny węgla z tlenkiem glinu nie zaobserwowano objawów reakcji.

Wyniki:

Bezbarwna ciecz pojawiająca się na ściankach szklanej rurki w czasie redukcji tlenku miedzi$\left(\text{II}\right)$ i tlenku ołowiu$\left(\text{II}\right)$ z użyciem wodoru, to woda.

Gazem, który wydzielał się w wyniku reakcji tlenku miedzi$\left(\text{II}\right)$ i tlenku ołowiu$\left(\text{II}\right)$ z węglem był tlenek węgla$\left(\text{IV}\right)$. 

Czerwonobrunatny osad, który powstał w przypadku reakcji tlenku miedzi$\left(\text{II}\right)$ zarówno z wodorem, jak i z węglem, to miedź. Z kolei srebrzystoszary osad, powstający w wyniku reakcji tlenku ołowiu$\left(\text{II}\right)$ zarówno z wodorem jak i z węglem, to ołów.

Tlenek glinu nie reagował po ogrzaniu z żadnym z użytych reduktorów.

Wnioski:

Hipoteza nie została potwierdzona w całości – tlenki miedzi$\left(\text{II}\right)$ i ołowiu$\left(\text{II}\right)$ ulegają w podwyższonej temperaturze reakcjom redukcji za pomocą węgla i za pomocą wodoru, podczas gdy tlenek glinu takowym reakcjom nie ulega.

Równania reakcji chemicznej:

Badanie reakcji redukcji z użyciem wodoru:

• $\text{CuO}+{\text{H}}_2\stackrel{\text{T}}{\to }\text{Cu}+{\text{H}}_2\text{O}$

• $\text{PbO}+{\text{H}}_2\stackrel{\text{T}}{\to }\text{Pb}+{\text{H}}_2\text{O}$

Badanie reakcji redukcji z użyciem węgla:

• $2 \text{CuO}+\text{C}\stackrel{\text{T}}{\to }2 \text{Cu}+{\text{CO}}_2\text{↑}$

• $2 \text{PbO}+\text{C}\stackrel{\text{T}}{\to }2 \text{Pb}+{\text{CO}}_2\text{↑}$