銅鏡(Copper Mirror)的製作

銅鏡(Copper Mirror)的製作
新北市立三民高級中學化學科林妙津老師/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

一、實驗目的
（一）利用斐林試劑和乙二醛於試管內產生銅鏡反應。
（二）使銅鏡反應於平板玻璃上進行，製作銅鏡。

二、實驗原理
斐林試劑與一般醛類反應，會產生紅色的氧化亞銅沉澱，其反應式如下：
RCHO_(aq) + 2Cu²⁺_(aq) +5OH^－_(aq) → Cu₂O_(s) + RCOO^－_(aq) + 3H₂O_(l)

和還原性較高的甲醛和乙二醛反應，則可以產生金屬銅，反應式如下：
HCHO_(aq) + Cu²⁺_(aq) +3OH^－_(aq) → Cu_(s) + HCOO^－_(aq) + 2H₂O_(l)

C₂H₂O_2(aq) + Cu²⁺_(aq) +3OH^－_(aq) → Cu_(s) + C₂HO^3－_(aq) + 2H₂O_(l)

所生成的金屬銅，若能沉積在容器壁上，即成銅鏡。

三、實驗器材

四、實驗藥品

五、實驗步驟

（一）配置斐林試劑

1.秤取硫酸銅晶體17.3 g溶於水成250 mL，配成斐林試劑A。
2.秤取酒石酸鉀鈉81.5 g、氫氧化鈉32.5 g溶於水成250 mL，配成斐林試劑B。
3.使用前將A與B溶液等體積混和備用。

（二）試管清洗

1.配置二鉻酸鉀-硫酸洗液，將試管浸潤其中。
2.取出試管先以自來水沖洗，再以蒸餾水清洗數次，倒置烘乾後，秤重備用。

（三）斐林試劑與乙二醛反應。

1.以吸量管分別取4.0 mL的斐林試劑及1.0 mL的乙二醛水溶液，加入同一試管中。
2.搖盪混合試管內的溶液，然後置入50℃的恆溫水槽中，靜置觀察是否有沉澱或銅鏡發生。

（四）反應前以硝酸銀溶液潤洗試管。

1.取0.060M硝酸銀溶液1.0 mL潤洗試管，潤洗完後倒掉。
2.分別取4.0 mL的斐林試劑及1.0 mL的乙二醛醛水溶液，加入同一試管中。
3.搖盪混合試管內的溶液，然後置入50℃的恆溫水槽中，靜置觀察是否有沉澱或銅鏡發生。

（五）銅鏡製作

1.以培養皿為容器，進行銅鏡反應。
(1)先以洗液清潔培養皿，然後取適量0.060 M硝酸銀溶液潤洗培養皿，潤洗完後倒掉。
(2)分別取80 mL的斐林試劑及20 mL的乙二醛水溶液，加入容器中。
(3)搖盪混合培養皿內的溶液，然後置入50℃的恆溫水槽中，靜置觀察是否有沉澱或銅鏡發生。

2.以透明環氧樹脂和厚紙板製作容器，將玻璃片放入容器內進行銅鏡反應。
(1)以厚紙板製作底略大於玻璃片，邊緣高約3公分的無蓋紙盒，於盒底放一張透明PET膜，然後澆灌約0.5~1.0公分厚的環氧樹脂，邊緣內外亦塗布環氧樹脂，待環氧樹脂硬化後，將底層紙板切除，製成底部透明的反應容器。

以透明環氧樹脂和厚紙板製作的反應容器

(2)取適量的0.060M硝酸銀溶液潤洗玻璃片，潤洗後置入容器中。
(3)分別取20 mL的斐林試劑及5 mL的乙二醛水溶液，於燒杯中先混合，然後加入容器中。
(4)置入50℃的恆溫水槽中，靜置觀察是否有沉澱或銅鏡發生。

六、實驗結果

1.以硝酸銀溶液潤洗過的試管，銅的沉積較均勻，效果較好。
2.以培養皿為容器，進行銅鏡反應，如下圖，效果不錯，可惜培養皿的底部不夠平整，效果較差。

以培養皿為容器製作銅鏡的結果

3.以環氧樹脂和厚紙板自製反應器，效果也很不錯，而且所需的試劑份量較少。

以環氧樹脂和厚紙板自製反應器製作銅鏡的結果

七、討論
1.斐林試劑與醛類反應時，會產生紅色的氧化亞銅沉澱，可以用來檢驗醛類化合物，和有醛基的葡萄糖。若有還原性較強一點的醛類，如甲醛、乙二醛等，在較高一點的溫度下進行反應，有機會產生銅鏡。甲醛在常溫下是氣體，沸點 -19.5℃，易溶於水，常配成37%的水溶液使用，就是防腐用的福馬林。甲醛氣味難聞而刺鼻，對皮膚及黏膜有刺激作用，接觸甲醛可能會使皮膚出現過敏現象，嚴重者甚至會導致肝炎、肺炎及腎臟損害，還有致癌的可能性。乙二醛熔點15℃，沸點51℃，常配成40%的水溶液販售使用，沒有甚麼氣味，也沒有甚麼明顯得毒性。

2.斐林試劑乙二醛水溶液反應，可以產生銅，但所生成的銅並不易附在容器壁上，難以生成銅鏡。

3.要讓銅附著於容器壁上，須先徹底的清洗容器，使用前再以硝酸銀先潤洗容器。潤洗後的容器可以讓銅附著的原因，可能是在潤洗過後，有少量的硝酸銀溶液殘留在容器壁上，與乙二醛溶液接觸時，有極少量的銀還原，幫助後續的銅離子在其上還原附著。

4.潤洗用的硝酸銀溶液，若濃度太高，則潤洗後會有過多黑色顆粒殘留，應該是極細小的銀粒，這會使得銅膜有黑斑；而濃度較低時，銅膜十分明亮潔淨，但附著不良，非常容易剝落。實驗結果以0.040 M ~ 0.060 M的硝酸銀溶液潤洗，效果最好。但不同的容器與潤洗方式可能會導致殘留的液膜份量不均，甚至厚薄不一，影響結果。

參考資料：
1. 葉名倉等 著，《高中選修化學》，第八章，南一書局，2008年
2. 物質安全資料表，序號：62，工研院工安衛中心。
3. www.dfmg.com.tw/safe/safe/7143.html
4. Lucas Erickson and Adam Yock，Making the Best Copper Mirror，2003年。