铜循环实验改进

紫外强化铜循环催化过硫酸盐降解甲基橙胡嘉敏;张静;袁琳;林双【摘要】为增强Cu(Ⅱ)∕PMS(PMS为活化过硫酸盐)体系的氧化能力,加速Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)之间的循环转化,以MO(甲基橙)为目标污染物,研究了Cu(Ⅱ)∕PMS∕UV(UV为紫外线)体系氧化降解MO的效果和反应机理,以及UV在Cu(Ⅱ)∕PMS体系中的作用.结果表明:反应20 min时,Cu(Ⅱ)∕PMS体系中MO的降解率为41.13％,Cu(Ⅱ)∕PMS∕UV体系中MO的降解率达到100％;通过投加TBA(叔丁醇)和EA(乙醇)发现,在酸性条件下体系的主要氧化物种是SO4-?(硫酸根自由基)和少量的?OH(羟基自由基);MO的降解率随pH的增大而减小;提高紫外灯功率和PMS投加量均有利于MO的降解;最佳Cu(Ⅱ)投加量为10.0μmol∕L,超过Cu(Ⅱ)的最佳投量会抑制MO的降解;MO的降解过程符合假一级动力学;紫外可见光谱图分析结果表明,MO最终被降解为共轭二烯类物质.研究显示,在Cu(Ⅱ)∕PMS∕UV体系中,UV可以有效促进Cu(Ⅱ)向Cu(Ⅰ)的转化,从而显著增强Cu(Ⅱ)∕PMS体系的氧化能力,有效降解水中污染物.%In order to enhance the oxidative capacity of the Cu( Ⅱ)∕PMS process and accelerate copper-redox cycle, methyl orange ( MO) was selected as a target compound to investigate the efficiency and the mechanism of MO degradation, and the role of UV in Cu( Ⅱ)∕PMS∕UV process. The results showed that MO was degraded for 41. 13％ and 100％after 20 min during Cu(Ⅱ)∕PMS andCu(Ⅱ)∕PMS∕UV processes, respectively, indicating that UV could effecti vely promote the reduction from Cu ( Ⅱ ) to Cu ( Ⅰ ) . The addition of radical scavengers, tert-butyl alcohol ( TBA ) and ethyl alcohol ( EA ) , inhibited MO degradation, which demonstrated that sulfate radical ( SO4-?) and asmall amount of hydroxyl radical (?OH) were primary oxygen species of this process. MO degradation was reduced with the increasing pH. The high power of UV light and dosage of PMS were favorable for the degradation of MO. The optimal dosage of Cu( Ⅱ) was 10. 0 μmol∕L, while exceeding this dosage, MO degradation would be inhibited. Besides, the degradation of MO followed the pseudo-first-order kinetics, and the UV-vis absorption spectra of MO showed that MO was removed to conjugated diene finally. This study revealed that the addition of UV irradiation could strongly enhance the oxidative capacity of the Cu ( Ⅱ )∕PMS process via accelerating the transformation from Cu( Ⅱ) to Cu( Ⅰ) , which further removed the contaminants in the aqueous solution.【期刊名称】《环境科学研究》【年(卷),期】2018(031)001【总页数】7页(P123-129)【关键词】铜循环催化;紫外线;过硫酸盐;甲基橙;硫酸根自由基【作者】胡嘉敏;张静;袁琳;林双【作者单位】四川大学建筑与环境学院,四川成都 610065;四川大学建筑与环境学院,四川成都 610065;四川大学建筑与环境学院,四川成都 610065;四川大学建筑与环境学院,四川成都 610065【正文语种】中文【中图分类】X5PMS(活化过硫酸盐)是国内外近些年发展起来的高级氧化体系(AOPs)[1]，通过活化PMS产生氧化能力很强的·OH(羟基自由基)和SO4-·(硫酸根自由基)，目前国内外主要研究的方法有热活化、紫外光活化和过渡金属离子活化等[2-5]. 过渡金属离子活化具有反应体系简单、反应条件温和等特点，如Co2+、Ag+和Fe2+均对PMS具有较好的活化效果[3].铜也是一种常见的过渡金属，被认为是一种十分有效的催化剂[6-11]. 铜在水体中主要有Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)两种存在形态，其中Cu(Ⅰ)具有较强的催化效果，可以有效活化PMS产生·OH和SO4-·[12]. 然而Cu(Ⅰ)在水溶液中不能稳定存在，易被氧化为几乎不具有催化能力的Cu(Ⅱ)[13]. 因此，国内外关于铜催化的研究较少. 在近些年的研究中，有学者通过向Cu(Ⅱ)的体系中投加还原剂促进Cu(Ⅱ)向Cu(Ⅰ)的转化，从而提高Cu(Ⅱ)体系的催化能力[7-14].UV(紫外线)作为一种常见的光能被广泛地用于水处理消毒、光催化和光降解的研究中[15-18]. 同时，紫外线也具有还原金属离子的能力，能够有效还原Fe3+和Ce4+等金属离子[19-21]. ZHANG等[19]研究发现，紫外线可以促进Fe(Ⅲ)向Fe(Ⅱ)的还原，从而增强Fenton体系的氧化能力，但目前国内外针对紫外线协同其他过渡金属离子的类Fenton体系的研究还有所欠缺. 在Cu(Ⅱ)PMS体系中加入紫外线可能促进Cu(Ⅱ)向Cu(Ⅰ)的转化，Cu(Ⅰ)再与PMS反应生成自由基，同时Cu(Ⅰ)被氧化为Cu(Ⅱ)，构成Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)的循环，提高体系的氧化能力. 该研究以MO(甲基橙)模拟染料废水，通过MO的降解情况对Cu(Ⅱ)PMSUV体系进行详细研究. 重点研究Cu(Ⅱ)PMSUV体系的机理，以及pH、MO投加量、PMS投加量、Cu(Ⅱ)投加量和紫外灯的功率对体系降解MO的影响，以期提出具有良好氧化能力的新体系.1 材料与方法1.1 试剂与仪器CuSO4·5H2O(≥99.0%)、MO、EA(乙醇)、TBA(叔丁醇)、H2SO4(75%)、NaOH(≥96%)、NCP(新亚铜试剂)均由国药化学试剂公司生产，分析纯. PMS由西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司生产，分析纯.磁力搅拌器(85-1型，上海司乐仪器公司)；紫外-可见分光光度计(UV-1800型，美普达公司)；低温恒温槽(THD-0515型，宁波天恒仪器厂)；雷磁pH计(pHs-25，上海仪电科学仪器公司)；纯水仪(UPT-II-5，优普仪器设备有限公司)；不同功率的紫外灯(波长均为254 nm，浩燕牌，无锡市长江医疗器械有限公司).1.2 试验方法所有试验均在特制的500 mL圆柱形玻璃容器中进行，容器内部有一直径为33 mm的石英管，紫外灯管放置在石英管中对水样进行照射，通过低温恒温槽将试验温度控制在(20±1)℃反应过程中将反应装置放置于磁力搅拌器上. 每组水样体积均为500 mL，除研究紫外灯功率影响的试验外，其余试验所用的紫外灯均为25 W. 水样pH均用pH=0的硫酸溶液或者pH=14的NaOH溶液进行调整，除研究pH影响的试验外，其余试验的水样初始pH均为3.50. 依次向反应器中投加MO溶液和CuSO4溶液，最后投加PMS并且同时开启紫外灯照射水样记为反应0时刻. 所有试验均按照0、1、3、5、7、10、15、20 min取样.1.3 分析方法溶液中c(MO)通过紫外-可见分光光度计在波长为465 nm的条件下直接检测[22]. c〔Cu(Ⅰ)〕通过新亚铜试剂在波长为454 nm的紫外-可见分光光度计中间接检测[23].2 结果与讨论2.1 不同体系的氧化能力单独Cu(Ⅱ)、单独PMS、Cu(Ⅱ)PMS、PMSUV和Cu(Ⅱ)PMSUV五种不同体系中MO的降解情况如图1所示. 当MO投加量为15.00 μmolL，Cu(Ⅱ)投加量为10.0 μmolL，PMS投加量为0.40 mmolL时，在10 min内，单独Cu(Ⅱ)体系中MO基本没有降解，单独PMS和Cu(Ⅱ)PMS体系中MO的降解率分别为18.57%和23.40%，而Cu(Ⅱ)PMSUV体系中MO的降解率为96.15%. 可见UV的加入使Cu(Ⅱ)PMS体系中MO的降解率提高了72.75%，有效增强了Cu(Ⅱ)PMS体系的氧化能力. 研究[2]表明，UV可以直接活化PMS产生自由基，由图1可见，PMSUV体系反应10 min时对MO的降解率达到53.84%.图1 不同体系中MO的降解情况Fig.1 The degradation of MO in the different processes2.2 Cu(Ⅱ)PMSUV体系的机理分析2.2.1 Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)间的转化研究[12,21,24]表明，UV可有效促进金属离子从高价态向低价态转化. LIU等[21]研究发现，UV可以先将Ce4+还原为Ce3+，Ce3+进一步激活O2并经过一系列的链反应生成·OH，·OH最终与目标物作用实现降解. 在这个过程中，Ce3+的生成是产生·OH的关键步骤. 为验证UV的加入对体系中Cu(Ⅰ)生成的影响，在Cu(Ⅱ)投加量为50.0 μmolL、PMS投加量为0.40 mmolL，不投加目标物的条件下，分别对Cu(Ⅱ)PMS、Cu(Ⅱ)UV和Cu(Ⅱ)PMSUV体系中c〔Cu(Ⅰ)〕进行测定，由图2可见，Cu(Ⅱ)PMS体系中没有Cu(Ⅰ)生成，而Cu(Ⅱ)UV和Cu(Ⅱ)PMSUV体系中均有一定量的Cu(Ⅰ)生成，可见UV能够有效促进Cu(Ⅱ)向Cu(Ⅰ)的转化. 此外，20 min 时Cu(Ⅱ)UV体系中c〔Cu(Ⅰ)〕略高于Cu(Ⅱ)PMSUV体系，分别为1.23和0.82 μmolL. 这可能是因为Cu(Ⅱ)PMSUV体系中PMS会和一部分的Cu(Ⅰ)反应生成Cu(Ⅱ)和SO4-·〔见式(1)〕[25]. HSO5-+Mn+→M(n+1)++SO4-·+OH-(1)式中，M为过渡金属离子.图2 不同体系中c〔Cu(Ⅰ)〕Fig.2 The concentrations of Cu(Ⅰ) in the different processes结果表明，UV的加入促进了Cu(Ⅱ)向Cu(Ⅰ)的转化，PMS再与Cu(Ⅰ)反应生成Cu(Ⅱ)和强氧化性的自由基，从而形成Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)的循环. 可见，UV是铜离子循环的主要源动力，能够显著增强Cu(Ⅱ)PMS体系的氧化能力.2.2.2 主要氧化物种的确定研究[11]表明，UV和过渡金属离子同PMS反应均可能生成·OH和SO4-·. 为验证Cu(Ⅱ)PMSUV体系中主要的氧化物种，在与2.1节相同的试验条件下，投加TBA 和EA，投加量均为40.00 mmolL，结果如图3所示. CHEN等[26]研究表明，TBA与·O H和SO4-·的反应速率常数相差较大，分别为3.8×108～7.6×108和4.0×105～9.1×105 L(mol·s)；EA与·OH和SO4-·的反应速率常数相差较小，分别为1.2×109～2.8×109和1.6×107～7.7×107 L(mol·s). 因此，TBA主要捕获·OH，与SO4-·反应较少；而EA可以捕获·OH 和SO4-·，同时降低两种自由基的氧化效果. 通过对比不同捕获剂的试验结果，可以确定体系中的自由基种类. 由图3可见，Cu(Ⅱ)PMSUV体系中分别加入TBA和EA后，20 min时MO的降解率分别降至73.33%和49.33%，分别降低了26.67%和50.67%. 可见，TBA和EA的加入均可抑制MO的降解，但EA的抑制效果明显好于TBA. 结果表明，Cu(Ⅱ)PMSUV体系中的主要氧化物种是SO4-·和少量的·OH.图3 醇类对Cu(Ⅱ)PMSUV体系降解MO的影响Fig.3 Effect of alcoho on the degradation of MO in the Cu(Ⅱ)PMSUV process2.3 Cu(Ⅱ)PMSUV体系的影响因素2.3.1 pH的影响pH：1—2.54； 2—3.10； 3—4.05； 4—5.05； 5—7.54.图4 不同pH对Cu(Ⅱ)PMSUV体系降解MO的影响Fig.4 Effect of different pH on the degradation of MO in the Cu(Ⅱ)PMSUV process由图4可见，当MO投加量为15.00 μmolL，Cu(Ⅱ)投加量为10.0 μmolL，PMS投加量为0.40 mmolL，pH分别为2.54、3.10、4.05、5.05和7.54时，体系反应20 min时MO的降解率分别为100%、97.69%、95.52%、94.03%和93.33%. 可见，随着pH的升高，MO的降解率随之降低. Cu(OH)2的溶度积(Ksp)为1.6×10-19，较高的pH可能会使一部分Cu(Ⅱ)沉淀[10]，导致溶液中铜离子催化剂的浓度降低，相同反应时间内Cu(Ⅰ)活化PMS产生自由基的量减少，从而导致MO的降解率降低. Khan等[24]研究表明，铁离子存在的体系中最佳pH通常小于4.00，相同反应时间内pH=3.00时体系中目标物的降解率为98.2%，而pH=6.00时降解率降为36.4%，pH是限制Fenton体系发展的主要原因之一. 由于pH=2.54和pH=7.54时Cu(Ⅱ)PMSUV体系反应20 min后对MO降解率仅相差6.67%，因此pH对体系降解MO的影响很小，该体系能有效处理不同pH的废水，这在应用上具有一定的实际意义.2.3.2 Cu(Ⅱ)投加量的影响MO投加量为15.00 μmolL，PMS投加量为0.40 mmolL，Cu(Ⅱ)投加量分别为2.5、10.0、20.0、30.0和50.0 μmolL时对Cu(Ⅱ)PMSUV体系降解MO的影响如图5所示. 由图5可见，15 min时体系中MO的降解率分别为85.38%、100%、97.69%、93.85%和88.46%. 可见，随着Cu(Ⅱ)投加量的增大，MO的降解率也随之增大，但Cu(Ⅱ)投加量超过10.0 μmolL时会抑制MO的降解. 因此，在该条件下，Cu(Ⅱ)的最佳投加量为10.0 μmolL. 过高的Cu(Ⅱ)投加量可能会导致同一反应时间内溶液中c〔Cu(Ⅰ)〕增大，Cu(Ⅰ)本身也是·OH和SO4-·的捕获剂〔见式(2)(3)〕[27-28]，部分自由基会与Cu(Ⅰ)反应，导致用于降解MO的自由基变少，从而抑制MO的降解.Cu(Ⅱ)投加量(μmolL)： 1—2.5； 2—10.0；3—20.0； 4—30.0； 5—50.0.图5 不同Cu(Ⅱ)投加量对Cu(Ⅱ)PMSUV体系降解MO的影响Fig.5 Effect of different dosages of Cu(Ⅱ) on the degradation of MO in the Cu(Ⅱ)PMSUV processCu++·OH→Cu2++OH-(2)Cu++SO4-·→Cu2++SO42-(3)2.3.3 PMS投加量的影响为考察不同PMS投加量对Cu(Ⅱ)PMSUV体系降解MO的影响，在MO投加量为15.00 μmolL，Cu(Ⅱ)投加量为10.0 μmolL，PMS投加量分别为0.05、0.10、0.20和0.60 mmolL的条件下进行体系降解MO的试验，结果如图6所示. 体系反应20 min时MO的降解率分别为25.53%、39.01%、87.14%和100%，可见随着PMS投加量的增大，MO的降解率也随之增大. PMS投加量增大后，同一反应时间内Cu(Ⅰ)可能激活PMS产生更多的SO4-·，进一步增强体系的氧化能力并且促进MO的降解.PMS投加量(mmolL)： 1—0.05； 2—0.10； 3—0.20； 4—0.60.图6 不同PMS投加量对Cu(Ⅱ)PMSUV体系降解MO的影响Fig.6 Effect of different dosages of PMS on the degradation of MO in the Cu(Ⅱ)PMSUV process2.3.4 紫外灯功率的影响在MO投加量为15.00 μmolL，Cu(Ⅱ)投加量为10.0 μmolL，PMS投加量为0.40 mmolL时研究不同紫外灯功率对Cu(Ⅱ)PMSUV体系降解MO的影响，结果如图7所示. 紫外灯功率分别为8和15 W时，体系反应20 min后对MO的降解率分别是10.77%和38.85%；紫外灯功率为40 W时，10 min时MO的降解率达到100%；紫外灯功率为80 W时，5 min时MO的降解率达到100%. 可见随着紫外灯功率的增大，体系降解MO的速率变快，MO的降解率也随之增大. 高功率的紫外灯可能会加速Cu(Ⅱ)向Cu(Ⅰ)的转化，在同一反应时间内产生更多的Cu(Ⅰ)，Cu(Ⅰ)与PMS反应生成更多量的SO4-·，从而促进MO的降解. 此外，高功率的紫外灯也增强了UV直接激活PMS生成自由基的作用，从而进一步增强了Cu(Ⅱ)PMSUV体系的氧化能力.紫外灯功率W： 1—8； 2—15； 3—40； 4—80.图7 不同紫外灯功率对Cu(Ⅱ)PMSUV体系降解MO的影响Fig.7 Effect of different power of UV lights on the degradation of MO in the Cu(Ⅱ)PMSUV process2.4 降解动力学和降解途径2.4.1 降解动力学分析当Cu(Ⅱ)投加量为10.0 μmolL，PMS投加量为0.40 mmolL，MO的投加量分别为3.75、7.50、10.00和20.00 μmolL时，不同MO投加量对Cu(Ⅱ)PMSUV体系降解MO的影响如图8所示. MO投加量为3.75 μmolL时，反应5 min后体系中MO的降解率达到100%；MO的投加量为7.50 μmolL和10.00 μmolL时，15 min时MO的降解率均达到100%；MO投加量为20.00 μmolL时，20 min时MO的降解率为89.83%. 结果表明，随着MO投加量的增大，体系中MO的降解率随之降低，这符合一般的降解规律.MO投加量(μmolL)： 1—3.75； 2—7.50； 3—10.00； 4—20.00.图8 不同MO投加量对Cu(Ⅱ)PMSUV体系降解MO的影响Fig.8 Effect of different dosages of MO on the degradation of MO in the Cu(Ⅱ)PMSUV process Behnajady等[29]研究发现，UVH2O2的体系中AO7(酸性橙7)的降解过程符合假一级动力学. MO与AO7同属于偶氮类染料，MO的降解过程可能也符合假一级动力学. 为进一步深入研究MO的降解过程和反应特性，根据假一级动力学反应方程〔见式(4)〕将图8中的试验数据进行线性拟合，结果如图9所示.ln(CtC0)=-kt(4)式中：Ct和C0分别为t时刻和0时刻溶液中c(MO)，μmolL；k为反应速率常数，min-1.MO投加量(μmolL)： 1—3.75； 2—7.50； 3—10.00； 4—20.00.图9 MO的降解动力学Fig.9 Kinetics of MO degradation process in the Cu(Ⅱ)PMSUV process由图9可见，Cu(Ⅱ)PMSUV体系中MO的降解过程符合假一级动力学. 将MO投加量分别为3.75、7.50、10.00和20.00 μmolL时体系的反应速率常数和 R2(相关系数)的数据列入表1. 由表1可见，随着溶液中MO投加量的增大，体系的反应速率常数随之减小，说明较高的MO投加量不利于体系降解MO，这与图8中的结果相一致.表1 MO的降解动力学常数Table 1 Kinetics constants for MO degradationMO投加量∕(μmol∕L)k∕min-1R237511040952750037509611000030709642000010009602.4.2 降解途径分析为研究Cu(Ⅱ)PMSUV体系中MO的降解过程，在相同试验条件下对体系中MO的降解进行紫外可见光谱图的检测，结果如图10所示. 张思月[30]研究显示，酸性条件下MO的最大吸收峰在465 nm左右，此时MO为醌式结构. 由图11可见，随着反应的进行，MO在465 nm处的吸收峰逐渐下降，而250和350 nm处的吸收峰先是有所抬升然后下降，经过偶氮键的断裂和苯环结构的开环、降解等一系列复杂过程[31]，MO可能先被分解为芳香类物质，最终被分解为共轭二烯类物质[32]，MO的降解过程如图11所示. 以图10中350 nm左右的吸收峰为例进一步说明MO的降解过程. 0 min时，该处的吸收峰为最低值，随着反应的进行，该吸收峰值逐渐增大，7 min时达到最大值；随后，此吸收峰与其它特征峰同步逐渐削弱. 结果表明，在反应初始阶段的7 min内，MO在最大吸收峰处的结构迅速被分解，250和350 nm处有中间产物累积；7 min后，体系中所有特征峰处的物质均被逐渐降解. 可见，Cu(Ⅱ)PMSUV体系具有较强的氧化能力，可以有效降解MO.图10 MO的紫外-可见光谱Fig.10 UV-vis absorption spectra of MO图11 MO的降解过程Fig.11 The degradation of MO3 结论a) 反应20 min时，Cu(Ⅱ)PMS和Cu(Ⅱ)PMSUV体系中MO的降解率分别为23.40%和96.15%，紫外线可以有效促进Cu(Ⅱ)向Cu(Ⅰ)的转化，铜循环催化PMS产生自由基，从而显著提高Cu(Ⅱ)PMS体系的氧化能力，b) 投加·OH和SO4-·的捕获剂TBA和EA后，体系中MO的降解率由96.15%分别降至73.33%和49.33%，说明Cu(Ⅱ)PMSUV体系中同时存在SO4-·和·OH，但对MO的降解起主要作用的是SO4-·和少量的·OH.c) MO的降解过程符合假一级动力学. PMS投加量和紫外灯功率是体系主要的影响因素. Cu(Ⅱ)的最佳投加量是10.0 μmolL，Cu(Ⅱ)投加量超过10.0 μmolL时会抑制MO的降解.d) pH对体系降解MO的影响很小，在应用中具有一定的实际意义.参考文献(References)：【相关文献】[1] 杨世迎,陈友媛,胥慧真,等.过硫酸盐活化高级氧化新技术[J].化学进展,2008,20(9):1433-1438. YANG Shiying,CHEN Youyuan,XU Huizhen,et al.A novel advanced oxidation technologybased on activated persulfate[J].Process in Chemistry,2008,20(9):1433-1438.[2] YANG Yi,PIGNATELLO J J,MA Jun,et parison of halide impacts on the efficiency of contaminant degradation by sulfate and hydroxyl radical-based advanced oxidation processes (AOPs)[J].Environmental Science & Technology,2014,48:2344-2351.[3] 张宏玲,李森,张杨,等.过渡金属离子活化过硫酸盐去除土壤中的芘[J].环境工程学报,2016,10(10):6009-6014.ZHANG Honglin,LI Sen,ZHANG Yang,et al.Removal of pyrene in contaminated soil by transition metal ions activated persulfate[J].Chinese Journal of Environmental Engineering,2016,10(10):6009-6014.[4] 张萍萍,葛建华,郭学涛,等.热活化过硫酸盐降解联苯胺的研究[J].水处理技术,2016,42(3):65-68. 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一、铜在空气中加热的化学方程及现象在化学实验室中，人们经常对各种金属进行加热实验，以研究其在不同条件下的化学性质。

其中，铜是一种常见的金属材料，其在空气中加热的化学方程及现象备受关注。

本文将对铜在空气中加热的化学方程及现象进行详细探讨，以期深入了解其化学性质。

二、化学方程1. 铜在空气中加热的化学方程可以用如下公式来表示：2Cu + O2 → 2CuO其中，Cu代表铜原子，O2代表氧气分子，CuO代表氧化铜。

2. 上述化学方程表明，当铜与空气中的氧气发生化学反应时，会生成氧化铜。

这个过程也是燃烧反应的一种类型，被称为氧化还原反应。

三、化学现象1. 铜在空气中加热时，首先会因温度升高而发生颜色变化。

当铜处于低温状态时，其呈现金属特有的红色；但随着温度的升高，铜表面会逐渐变成黑色。

2. 铜与空气中的氧气发生化学反应，生成氧化铜。

这一过程伴随着高温，还会发生放热现象，产生大量热能。

3. 在加热过程结束后，生成的氧化铜可以通过化学实验方法进一步提取和分离，从而得到纯净的氧化铜物质。

四、现象解释1. 铜在空气中加热的现象可以通过化学原理进行解释。

在加热的过程中，铜表面的氧化速度会随温度的升高而加快，从而生成更多的氧化铜。

2. 由于铜与氧气发生反应释放出大量热能，导致铜表面温度升高，加速了氧化反应的进行。

3. 最终生成的氧化铜物质，不仅可以用于制备其他化学物质，还可以应用于各种领域，如建筑材料、金属工艺等。

五、实验应用1. 铜在空气中加热的化学方程及现象是化学实验中的一个重要课题，有着广泛的应用价值。

2. 通过对铜加热实验的观察和探究，可以更好地了解金属与氧气的相互作用，推动相关工业生产和科学研究的进步。

3. 对铜在空气中加热的化学方程及现象的研究还为相关领域的工程技术提供了重要的理论基础，有助于改进现有金属加工工艺和产品性能。

六、总结本文通过对铜在空气中加热的化学方程及现象进行了详细介绍和分析。

通过对铜加热实验的研究，我们可以更好地认识金属的化学性质和氧化反应的机理，以及其在工业生产与科学研究中的重要应用。

纯粹之源：铜的实验室制法与应用探索一、铜的化学特性与制备需求铜是一种历史悠久的金属，以其独特的化学性质在人类文明中占有重要地位。

化学符号为Cu，为过渡金属，具有良好的导电导热性能，在自然界中以硫化物或氧化物的形式存在。

实验室中制备铜的方法依赖于铜的这些基本化学特性，其中最常见的方法是通过还原反应。

（1）铜的化学性质简述铜的化学性质稳定，但在一定条件下可与多种化学物质反应。

它能够形成+1和+2两种氧化态，是一种良好的还原剂。

铜的这些特性不仅使它在工业上有广泛应用，同时也指导着实验室中铜的制备工艺。

（2）铜制备的基本需求在实验室中制备铜的过程中，需要考虑纯度、反应条件、安全性及成本等因素。

从矿物中提取铜需要一系列的化学反应，每个步骤都需控制以得到纯净的金属铜。

这些步骤的优化能够保障制备过程的经济性和安全性。

二、铜的实验室制备工艺实验室制备铜的过程要求精确控制化学反应的条件，如温度、压力和反应时间，以得到所需纯度和量的产品。

制备过程通常包括还原铜的化合物和纯化获得的铜金属。

（1）铜化合物的还原过程铜的延续对铜的实验室制法的深入探究，在理解了铜的基本特性和化学反应后，我们进一步关注该过程的操作安全和实验室规范。

实验操作的正确性直接影响最终产物的纯度与实验的成功率，而遵循安全规程则是确保研究人员安全的前提。

实验室安全规范实验过程中，研究员必须严格遵守实验室的安全操作规程。

这包括穿戴适当的个人防护装备，如实验服、眼镜、手套等。

所有实验室化学品应妥善标记并存放于指定区域，操作时需确保良好的通风条件，避免有毒气体积聚。

此外，任何加热、冷却或压力变化的操作都应在严格监控下进行，以防意外事故的发生。

精确度与纯化技术在制备铜的过程中，精确的计量和操作步骤对于最终产品的纯度至关重要。

在进行化学计量时，必须使用高精度的称量设备，并考虑反应物的纯度与可能的副反应。

合成后的产品通常需要通过离心、滤纸过滤、萃取或色谱等方法进一步纯化，以去除未反应的原料或产生的副产品。

一、实验目的1. 了解铜在自然界中的循环过程。

2. 掌握铜循环实验的基本操作和原理。

3. 培养学生观察、分析、实验和总结的能力。

二、实验原理铜是一种重要的金属元素，在自然界中主要以化合物的形式存在。

铜循环是指铜元素在地球表层、岩石圈、水圈和生物圈之间的迁移转化过程。

本实验通过模拟铜循环过程，了解铜元素在自然界中的循环规律。

三、实验材料与仪器1. 实验材料：铜粉、硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液、盐酸溶液、蒸馏水、活性炭、沙子、土壤、植物等。

2. 实验仪器：烧杯、试管、滴定管、玻璃棒、电子天平、pH计、原子吸收光谱仪等。

四、实验步骤1. 准备实验材料：将铜粉、硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液、盐酸溶液、蒸馏水、活性炭、沙子、土壤、植物等实验材料准备好。

2. 模拟铜循环过程：（1）制备土壤溶液：取一定量的土壤，加入适量的蒸馏水，搅拌均匀，静置过滤，得到土壤溶液。

（2）模拟岩石圈循环：将铜粉加入硫酸铜溶液中，搅拌均匀，静置，观察铜粉的溶解情况。

（3）模拟水圈循环：将氢氧化钠溶液加入土壤溶液中，搅拌均匀，观察沉淀现象。

（4）模拟生物圈循环：将活性炭加入土壤溶液中，搅拌均匀，观察活性炭对铜离子的吸附效果。

（5）模拟植物吸收：将植物放入土壤溶液中，观察植物对铜离子的吸收情况。

3. 测定铜含量：（1）用原子吸收光谱仪测定溶液中的铜含量。

（2）用pH计测定溶液的pH值。

4. 实验数据处理与分析。

五、实验结果与分析1. 铜粉在硫酸铜溶液中溶解，说明铜元素可以从岩石圈进入水圈。

2. 氢氧化钠溶液加入土壤溶液后，产生沉淀，说明铜元素可以从水圈进入土壤圈。

3. 活性炭对铜离子有较强的吸附作用，说明铜元素可以从土壤圈进入生物圈。

4. 植物对铜离子的吸收情况较好，说明铜元素可以从生物圈重新进入土壤圈。

六、实验结论通过本次实验，我们了解了铜在自然界中的循环过程，掌握了铜循环实验的基本操作和原理。

实验结果表明，铜元素在自然界中通过岩石圈、水圈、土壤圈和生物圈之间的迁移转化，形成了铜循环。

初中化学实验中的实验设计与改进答案：初中化学实验中的实验设计应该尽量简单、直观，并且能有
效展现化学原理。

实验过程要安全可靠，引导学生在实践中理解化学
概念。

改进实验设计可以尝试增加实验的趣味性和互动性，以激发学
生的学习兴趣和主动性。

在初中化学实验中，实验设计的关键是确保实验原理清晰，实验步
骤简单易行，以确保学生可以正确操作。

改进实验设计时，可以考虑
增加实验的实用性，让学生更好地理解实验背后的化学原理。

同时，
也可以围绕学生的兴趣点设计实验，增加实验的趣味性和互动性，激
发学生的学习热情。

进一步讨论：
在设计初中化学实验时，教师需要根据学生的理解能力和年龄特点，选择合适的实验内容。

实验设计应该简单明了，避免复杂的步骤和装置，以免学生无法理解或操作。

实验内容应直接围绕化学原理展开，
帮助学生理解抽象的概念。

改进实验设计可以通过增加实验的互动性和趣味性来吸引学生的注
意力。

例如，可以设置小组合作实验，让学生共同讨论和解决问题，
增强团队合作能力。

此外，可以引入一些生活中的化学现象，让学生
在实验中感受到化学的魅力，激发他们对化学学科的兴趣。

总之，初中化学实验设计的初衷是让学生在实践中探索、理解化学原理。

教师在设计和改进实验时，需要注重实验的安全性、知识性和趣味性，引导学生掌握化学知识，培养综合素质，激发学习兴趣。

教学反思新课程NEW CURRICULUM“这个实验不就是把铜从单质变成化合物，再让铜元素经过一系列化学反应又变成铜单质吗！有什么意义？铜单质不是有现成的，怎么还要这样去制取？计算回收率有什么意义？”这是一次关于《铜元素循环》的无机化学试验，是我校根据新课程标准要求，并结合学校资源和学生情况，为高二年级学生自主开发的化学校本课程———《综合化学实验》的内容之一。

旨在提升学生学习化学的兴趣，强化实验操作，并培养学生自主探究的能力。

在本实验中，金属铜单质发生一系列的化学变化生成不同的化合物，最终反应结束时单质铜又被重新制备出来。

通过这个实验可以对比反应一开始用到的铜和反应结束后生成的铜。

从而判断学生的实验操作能力。

【实验内容】1.仪器与药品0.5g铜片、2mol/L硫酸溶液、锌粉、浓硝酸溶液、2mol/L氢氧化钠溶液、6mol/L盐酸、无水乙醇分析天平、称量瓶、250ml烧杯、10ml量筒、玻璃棒、50ml量筒、铁架台，铁圈、煤气灯、表面皿、蒸汽浴锅、蒸发皿、三脚架2.实验步骤（1）由Cu制备Cu（NO3）2称取0.5gCu片放入250mL的烧杯中，在通风橱中加入4ml 的浓硝酸。

搅拌溶液至Cu反应完全，记录实验现象。

向反应完的溶液中加入125mL蒸馏水。

（2）由Cu（NO3）2制Cu（OH）2在搅拌下向溶液中加入45ml2mol/L NaOH，至沉淀完全。

（3）由Cu（OH）2制CuO加热烧杯中有沉淀的液体，并不断搅拌至溶液微沸。

当完全变黑后，停止加热，并继续搅拌几分钟。

将溶液静置使生成的CuO 充分沉降。

用倾析法弃去上层清液，再加入200ml热的去离子水洗涤沉淀。

待沉淀沉降后，用倾析法弃去上层清液。

（4）由CuO制CuSO4在搅拌下加入15mL6mol/L H2SO4。

（5）由CuSO4制Cu将反应器放入到通风橱中，一次性加入2.0g锌粉，搅拌，至上层溶液由蓝色变为无色。

当溶液中没有气泡出现后，弃去上层清液至指定容器内。

炭复原氧化铜实验的改进木炭复原氧化铜在初中阶段是一个很重要的实验。

在我市采用的人教版义务教育课程标准实验教材?化学?九年级上册中,学生是从这个实验中初次接触复原反响的,该实验在整个化学学习中是一个很重要的实验。

所以本次实验的成功与否至关重要。

1、原实验在教材中该实验是采用经烘干的木炭粉末和氧化铜粉末共同加热来进行的。

但笔者在实际操作中发现采用氧化铜粉末进行实验对实验效果有很大的影响。

具体影响如下：氧化铜粉末从黑色变成红色这一实验现象在实际操作中往往难以观察；木炭的颜色是黑色,复原后的铜的颜色是红色,本来是很容易分辨的。

但是,使用氧化铜粉末与碳粉混合物作为药品,当木炭粉或氧化铜粉末过量时,实验后铜粉的红色都会被黑色所覆盖,很难观察到铜粉的颜色。

实验操作步骤在实际中难以完成；使用氧化铜粉末,必须等混合物完全冷却后从试管中倒出。

虽然木炭粉末经过烘干,但是因为木炭特别是粉末具有较强的吸附能力,在实验后还是无可防止的在试管中凝聚了一些水,这给转移混合物造成了一定的困难。

2、改进后的实验针对原实验的以上缺乏,笔者尝试把原实验中的氧化铜粉末改成外表覆盖有一层氧化铜的铜片进行实验。

发现实验现象非常明显,而且操作简便,还能到达比照实验现象的效果。

具体操作步骤如下：取一片长约7-8cm ,宽约1cm的铜片,把外表可能存在的氧化物用砂纸除去。

在酒精灯上加热,使之外表生成一层氧化铜,如右图所示。

或把铜片烧红后立即伸入到集满氧气的集气瓶中,经过这样处理的铜片外表的氧化铜更均匀,实验的效果更明显。

为了到达比照的效果,不要把整片铜片都镀上氧化铜,但在平时的课堂操作中,在空气中处理也可以到达不错的实验效果。

在一枯燥的试管中装入不超试管容积的木炭粉末经烘干处理,把覆有氧化铜的铜片埋在木炭粉末里。

按右图所示装配好仪器。

加热。

观察到澄清石灰水变浑浊后,移走导管,停止加热。

待试管逐渐冷却后,用镊子把铜片夹出。

洗净铜片外表的碳粉,观察现象。

一种电表接线端子的改进措施发布时间：2023-02-07T03:21:32.810Z 来源：《中国电业与能源》2022年9月17期作者：杨世忠李文明刘照笏[导读] 接线端子是用于实现电气连接的一种配件产品,工业上划分为连接器的范畴。

杨世忠李文明刘照笏大理巍山供电局云南 672400摘要：接线端子是用于实现电气连接的一种配件产品,工业上划分为连接器的范畴。

随着工业自动化程度越来越高和工业控制要求越来越严格、精确,接线端子的用量逐渐上涨。

电缆的接线端子是配电柜以及保障电缆终端完全运行的重要部件,如果连接不良将会导致接触电阻增大,引起接线端子或电缆的绝缘老化以及发热烧损,给配电柜以及供电安全造成了严重的威胁。

关键词：计量表接线；接线端子；接线端子压接1 计量柜电表接线端子烧损的现状最近几年,大量电表接线端子的不规范使用,造成接线端子烧损的情况频频发生,给配电柜以及供电安全造成了严重的威胁。

计量柜接线端子烧损故障情况主要有电源转换柜二路主接线排相电表接线端子烧损、电源转换柜一路主接线排相电表接线端子烧损、电源转换柜二路主接线接触器相进线端子烧损、电源转换柜二路主接线排相电表接线端子烧损、电源转换柜一路主接线排相电表接线端子烧损、电源转换柜一路主接线接触器相进线端子烧损等故障。

通过对配电柜接线端子烧损的研究分析,我们可以清楚的看出配电柜接线端子烧损主要是由于主接触器或空气开关接线端子烧损以及主线笼式接线端子烧损,这些部位的烧损极易造成一路或二路电路的相间短路,影响电网正常供电,对电柜、供电线路以及电网供电安全产生严重的威胁。

2 计量箱接线端子烧损的原因通过对计量箱电表接线端子烧损情况的分析发现,电源配电柜内的主接线端子通过的电流往往较大,容易发生发热烧损故障尤其是笼式接线端子发生烧损的事故比较频繁,其中笼式接线端子大多都是簧片式的笼式接线端子,下面对配电柜内电器元件接线端子以及电表接线端子烧损的原因进行分析。

一、实验目的1. 了解铜在自然界中的循环过程。

2. 掌握铜循环实验的基本原理和操作方法。

3. 分析铜在环境中的迁移、转化和积累规律。

二、实验原理铜是一种重要的金属元素，在自然界中存在多种形态，包括金属铜、铜矿物、土壤中的铜等。

铜循环是指铜元素在地球表面及其内部，通过生物地球化学过程，实现铜元素的循环。

本实验通过模拟铜循环过程，观察铜在环境中的迁移、转化和积累规律。

三、实验材料与仪器1. 实验材料：铜粉、石英砂、土壤、植物、水等。

2. 实验仪器：电子天平、搅拌器、培养皿、培养箱、显微镜、pH计等。

四、实验步骤1. 铜循环模拟实验（1）取一定量的石英砂、土壤和植物，分别放入培养皿中。

（2）将铜粉溶解于水中，制成一定浓度的铜溶液。

（3）将铜溶液均匀喷洒在石英砂、土壤和植物表面。

（4）将培养皿放入培养箱中，在适宜的温度和湿度条件下培养一段时间。

（5）观察铜在石英砂、土壤和植物中的迁移、转化和积累情况。

2. 铜在土壤中的循环实验（1）取一定量的土壤，放入培养皿中。

（2）将铜粉溶解于水中，制成一定浓度的铜溶液。

（3）将铜溶液均匀喷洒在土壤表面。

（4）将培养皿放入培养箱中，在适宜的温度和湿度条件下培养一段时间。

（5）观察铜在土壤中的迁移、转化和积累情况。

3. 铜在植物体内的循环实验（1）将植物种植在土壤中，待植物生长到一定阶段。

（2）将铜粉溶解于水中，制成一定浓度的铜溶液。

（3）将铜溶液均匀喷洒在植物叶片表面。

（4）观察铜在植物体内的迁移、转化和积累情况。

五、实验结果与分析1. 铜循环模拟实验结果通过实验观察，铜在石英砂、土壤和植物中的迁移、转化和积累情况如下：（1）铜在石英砂中的迁移速度较慢，主要积累在石英砂表面。

（2）铜在土壤中的迁移速度较快，部分铜元素被土壤吸附，部分铜元素被植物吸收。

（3）铜在植物中的迁移速度较快，部分铜元素被植物吸收，部分铜元素通过植物落叶等途径释放到环境中。

2. 铜在土壤中的循环实验结果通过实验观察，铜在土壤中的迁移、转化和积累情况如下：（1）铜在土壤中的迁移速度较快，部分铜元素被土壤吸附，部分铜元素被植物吸收。