在化学实验中,我们经常需要通过特定的化学反应来制备目标产物。例如,利用碳在高温条件下还原氧化铜,可以有效地获得金属铜。这一过程不仅展示了化学反应的基本原理,还体现了物质间相互转化的魅力。
首先,让我们写出该化学反应的化学方程式:
\[ 2CuO + C \xrightarrow{高温} 2Cu + CO_2 \]
从上述方程式可以看出,在高温环境下,碳(C)能够将氧化铜(CuO)中的铜元素还原出来,同时生成二氧化碳气体(CO₂)。这是一个典型的氧化还原反应,其中铜元素从+2价被还原为0价,而碳则被氧化为二氧化碳。
接下来,我们需要根据题目要求计算出为了得到12.8克铜,理论上至少需要多少克的氧化铜作为原料。已知铜的摩尔质量约为63.5 g/mol,因此12.8克铜对应的物质的量为:
\[ n(Cu) = \frac{m}{M} = \frac{12.8}{63.5} \approx 0.2mol \]
根据化学方程式的计量关系,每2摩尔的CuO可以还原出2摩尔的Cu。因此,要得到0.2摩尔的Cu,需要的CuO物质的量也为0.2摩尔。氧化铜的摩尔质量约为79.5 g/mol,所以所需的氧化铜质量为:
\[ m(CuO) = n \times M = 0.2 \times 79.5 = 15.9g \]
综上所述,为了制得12.8克铜,至少需要15.9克的氧化铜作为起始原料,并且此过程中还需要确保有足量的碳参与反应以保证还原效率。
以上分析基于理论计算,实际操作时还需考虑反应条件如温度控制、原料纯度等因素对最终产量的影响。此外,由于实验环境可能存在损耗或副反应等情况,实际所需原料可能会略高于理论值。因此,在实验室实践中应适当增加过量投料以提高产率。