納米氧化銅在中學(xué)化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究
——碳還原氧化銅實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

任娟 楊東清

(北京市通州區(qū)潞河中學(xué)北京101149)

納米氧化銅在中學(xué)化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究
——碳還原氧化銅實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

任娟 楊東清

(北京市通州區(qū)潞河中學(xué)北京101149)

將納米氧化銅與木炭混合,用研缽研磨后,裝入試管,酒精燈加熱片刻,即可使氧化銅還原成銅。用此辦法對課本實(shí)驗(yàn)加以改進(jìn),效果良好。

納米氧化銅;木炭還原氧化銅;銅

一、改進(jìn)原因

人教版九年級化學(xué)教材上冊110頁實(shí)驗(yàn)6-2，木炭還原氧化銅實(shí)驗(yàn)，是公認(rèn)的難做實(shí)驗(yàn)，失敗在講臺上的案例很多。失敗的主要原因是需要較高的溫度、固體之間的反應(yīng)接觸面積小、藥品之間的比例不合適等原因。高溫條件一般必須使用酒精噴燈或帶金屬網(wǎng)罩的酒精燈加熱，反應(yīng)時間長，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象往往不甚明顯，達(dá)不到演示實(shí)驗(yàn)的真正目的。我們改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)的目的是增大固體之間的接觸面積及增強(qiáng)反應(yīng)物的活性，降低反應(yīng)對溫度的要求。基于此，我們提出使用納米氧化銅作為原材料的角度改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，收到了理想的效果。目前，納米材料制備簡單，且大多數(shù)已經(jīng)工業(yè)化，市場上納米氧化銅的價(jià)格0.42元/克，因此在實(shí)驗(yàn)中，提出用納米氧化銅開展中學(xué)實(shí)驗(yàn)具有廣泛的意義。當(dāng)普通氧化銅粉體超細(xì)化，尺寸達(dá)到納米級時，將使它功能更加獨(dú)特。納米氧化銅的表面效應(yīng)使其具有比表面積大、吸附能力強(qiáng)、反應(yīng)活性高和選擇性強(qiáng)等特點(diǎn)。另外，納米粒子的表面原子與顆粒的內(nèi)部原子狀態(tài)不同，表面原子配位不全等因素使其表面活性位置增加［1，2］。這些條件促使納米氧化銅能夠代替普通的氧化銅進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，提高實(shí)驗(yàn)的成功率并為學(xué)生高中學(xué)習(xí)膠體等內(nèi)容打下基礎(chǔ)，在一定程度上拓展了學(xué)生的知識面。

二、實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

藥品：納米氧化銅粉末，木炭，澄清石灰水。

儀器：鐵架臺，酒精燈，試管，玻璃導(dǎo)管，單孔橡膠塞等。

圖1 木炭還原氧化銅

三、實(shí)驗(yàn)儀器裝置圖

如圖1：木炭還原氧化銅（人教版教材上冊111頁圖6-9）。

四、實(shí)驗(yàn)部分

1.納米氧化銅購買或制備。如未購買納米氧化銅藥品，可以教師自行制備，目前納米氧化銅的制備方法研究已有沉淀法、微乳液法、水熱法、醇熱法、固相反應(yīng)法、噴霧熱解法、激光蒸凝法、微波沸騰回流法、電化學(xué)法等。非常容易制得，本實(shí)驗(yàn)中使用的納米氧化銅采用固相反應(yīng)法直接制備［3］，反應(yīng)過程簡單，生產(chǎn)成本低，易于實(shí)現(xiàn)。

2.以人教版教材上冊107頁圖6-7實(shí)驗(yàn)裝置圖為基礎(chǔ)（圖1），用加入適量95%的酒精的酒精燈代替金屬網(wǎng)罩的酒精燈進(jìn)行試驗(yàn)，儀器組裝如圖2所示，將木炭與納米氧化銅按照1∶10的質(zhì)量比［4］，混合，并利用研缽研磨10分鐘，將混合粉末裝入試管中，固定在鐵架臺上，塞上單孔橡皮塞，將導(dǎo)氣管的一端伸入盛澄清石灰水的試管中，用酒精燈的外焰加熱試管底部約1分鐘。可看到試管中澄清石灰水逐漸變渾濁；隨后，試管底的反應(yīng)物產(chǎn)生紅熱現(xiàn)象，等試管冷卻后，可以清晰地看到納米氧化銅變成了紅色，如圖3所示，說明氧化銅被還原成銅。

圖2 木炭還原氧化銅改進(jìn)裝置

圖3 還原產(chǎn)物銅

五、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的意義

1.實(shí)驗(yàn)裝置與教材完全相同，無變動，簡單、便于操作。

2.反應(yīng)非常容易進(jìn)行，碳還原氧化銅實(shí)驗(yàn)的成功率大大提高，便于課堂演示實(shí)驗(yàn)，解決了實(shí)驗(yàn)不成功影響學(xué)生對知識的認(rèn)識與理解問題。

3.該實(shí)驗(yàn)中，引入納米材料，讓學(xué)生形式多樣的學(xué)習(xí)探究活動，分析問題、解決問題，建構(gòu)主體知識，體驗(yàn)情感，最終內(nèi)化為活動成果。為防止單一枯燥的“教師問”、“學(xué)生答”的單向活動，在組織學(xué)生學(xué)習(xí)活動時，根據(jù)教學(xué)的需要，設(shè)計(jì)豐富多樣的活動，讓學(xué)生保持足夠的參與學(xué)習(xí)興趣。在概念教學(xué)時，指導(dǎo)學(xué)生閱讀分析，尋找關(guān)鍵詞，組織同學(xué)辨析；元素化合物性質(zhì)學(xué)習(xí)，開展實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生猜想、假設(shè)、設(shè)計(jì)方案，分組實(shí)驗(yàn)探究或?qū)?shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)等討論；重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容讓學(xué)習(xí)小組交流、討論，發(fā)表各自觀點(diǎn)，完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)。讓學(xué)生體驗(yàn)不同的學(xué)習(xí)探究活動，真正體現(xiàn)課本讓學(xué)生自學(xué)，難點(diǎn)疑點(diǎn)讓學(xué)生討論，問題讓學(xué)生思考，結(jié)論讓學(xué)生概括，規(guī)律讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)。對學(xué)生學(xué)習(xí)活動的評價(jià)，不僅要注重結(jié)果性評價(jià)，如回答問題的正確性，分組實(shí)驗(yàn)的成功率，語言表述的流暢性，操作的規(guī)范、板演的工整等，更要注重過程、情感的評價(jià)，如學(xué)習(xí)的態(tài)度，參與活動的積極性，提問質(zhì)疑的頻率次數(shù)和提出問題的有效性。教師以積極的情態(tài)表揚(yáng)、肯定、鼓勵學(xué)生，組織學(xué)生之間相互評價(jià)，并在評價(jià)中引入競爭機(jī)制，以學(xué)習(xí)小組計(jì)分形式，鼓勵學(xué)生為自己的團(tuán)隊(duì)榮譽(yù)而積極參與，培養(yǎng)競爭意識和團(tuán)隊(duì)精神。

［1］張松才.化學(xué)課堂中有效問題設(shè)計(jì)的原則與策略［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2011,(8)

［2］劉玉容.化學(xué)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)“過程與方法”目標(biāo)的策略［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2012,(10)

［3］周玲鳳.淺談創(chuàng)設(shè)問題情境的功能和策略［J］.化學(xué)教學(xué)與實(shí)驗(yàn),2009,(6)

1008-0546（2013）04-085-01

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2013.04.037