木炭還原氧化銅實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵再探究

陳月星

摘要：針對(duì)九年級(jí)化學(xué)教材中木炭還原氧化銅實(shí)驗(yàn)很難做成功原因的探究，分別選擇了不同比例的木炭和氧化銅混合物，以酒精燈及鐵網(wǎng)等輔助裝置作為加熱熱源，在小試管及立位姿勢(shì)試管裝置中進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，為體系提供持續(xù)的高溫并恰當(dāng)選擇混合反應(yīng)物的比例及試管的位置是使本實(shí)驗(yàn)具有操作簡(jiǎn)便、安全，實(shí)驗(yàn)完成時(shí)間短，現(xiàn)象明顯等成功的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：氧化銅 實(shí)驗(yàn) 關(guān)鍵

一、前言

木炭還原氧化銅是九年級(jí)化學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，能否做好該實(shí)驗(yàn)是掌握碳的化學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵。但是由于該實(shí)驗(yàn)按教科書及教參上做，受到太多條件的限制，所以完成該實(shí)驗(yàn)難度很大，幾乎不易成功。查閱近些年中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)，可以找到十多篇對(duì)該實(shí)驗(yàn)所做的不同角度的研究報(bào)告，其中的方法和結(jié)論不盡相同，足以說明這個(gè)實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性。那么如何改進(jìn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，能讓這個(gè)實(shí)驗(yàn)變成一個(gè)快捷，操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，成功率高的實(shí)驗(yàn)?zāi)?？為了解決這個(gè)問題，筆者在前人研究的基礎(chǔ)上經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)和探索，終于找出了簡(jiǎn)便易行、現(xiàn)象明顯、成功率高的實(shí)驗(yàn)方法。

二、實(shí)驗(yàn)方法

（一）對(duì)此實(shí)驗(yàn)的歷史回顧

一直以來，木炭還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)對(duì)教師來說都是個(gè)很熟悉的實(shí)驗(yàn)，可是做成功的幾率很低，我也是連續(xù)幾年都沒有做成功。據(jù)我調(diào)查，很多教師包括我對(duì)此實(shí)驗(yàn)做了些不同的改進(jìn)工作。例如，在溫度和裝置都按教材上提供的，而在做實(shí)驗(yàn)時(shí)把藥品充分混合，還把藥品處理成糊狀的混合在一起，粘在試管內(nèi)壁一層進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，讓其充分接觸，但結(jié)果還是不理想。還把帶鐵絲網(wǎng)的酒精燈，在燈芯中插了銅絲，以提高酒精的氣化程度，以此來提高供給這個(gè)反應(yīng)的溫度。后來索性換成酒精噴燈，把試管都燒化了，實(shí)驗(yàn)還是不成功。我們一線教師幾乎對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)束手無策了，甚至開始懷疑此實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，到最后都絕望了，只能放棄了。在教學(xué)時(shí)只能采用講解的方式來給學(xué)生灌輸這個(gè)實(shí)驗(yàn)。就連劉懷樂老師（1996）采用平臥式試管以木炭與氧化銅的質(zhì)量比為1：10.6進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)表明，在酒精燈下就能發(fā)生劇烈的反應(yīng)，過程中反應(yīng)物出現(xiàn)紅熱并伴有大量氣體生成[1]，但之后他承認(rèn)對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的成功沒有絕對(duì)的把握，因此仍把它列為初中化學(xué)中的疑難實(shí)驗(yàn)[2]。之后又有好多人對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。查閱前人研究的成果，都是從改進(jìn)藥品種類（用活性炭代替木炭）；改進(jìn)藥品量的比例；調(diào)整熱源（用酒精噴燈）；還有改變實(shí)驗(yàn)裝置等。

（二）實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)（包括實(shí)驗(yàn)儀器、藥品）

1.實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路

在對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，我本著用品簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯、安全可靠的原則，選擇了①藥品及藥品質(zhì)量比例：木炭粉（就是把塊狀的木炭在研缽中研成很細(xì)的粉末）和粉末狀的氧化銅；比例：1：11；選擇了②儀器：酒精燈（火焰外加鐵絲網(wǎng)，作用聚攏火焰提高酒精燈的溫度；燈芯內(nèi)插上銅絲，加速酒精的氧化，從而進(jìn)一步提高酒精燈的溫度），但必須用焰心、內(nèi)焰到外焰加熱；鐵架臺(tái)（配本制試管夾）；試管（小規(guī)格：14mm口徑）選擇③裝置：如圖1 所示中進(jìn)行化學(xué)試驗(yàn)。

2.對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路的分析

藥品：木炭粉（就是把塊狀的木炭在研缽中研成很細(xì)的粉末）和粉末狀的氧化銅；把塊狀的木炭在研缽中研成很細(xì)的粉末再與粉末狀的氧化銅混合，可能增大接觸面積，從而加快反應(yīng)速度；比例選1：11的原因，見表1。

表1 相同總質(zhì)量（2克）不同比例實(shí)驗(yàn)的比較

表2 垂直試管規(guī)格（15mm×150mm）

由表二可見，①加熱時(shí)，試管底觸及內(nèi)焰，讓外焰的能夠很好地包裹住垂直的試管下部，使外焰的熱量能被充分利用，從而提高溫度。所以用焰心、內(nèi)焰、直到用外焰共同加熱效果要遠(yuǎn)比單純用外焰加熱好。②試管直立的原因：將小試管加到火焰中時(shí)，會(huì)劈開火焰，變形的火焰包住試管底部，試管越小，伸入火焰中越多，試管被變形的火焰包住的面積越大，從而使試管的受熱面積大，加熱效率當(dāng)然就會(huì)提高了。

裝置如圖1。裝置中試管帶上膠塞密封的原因：是為隔絕空氣，防止剛生成的高溫的銅被空氣中的氧氣氧化。

三、實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

按以上實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)。

1.連接裝置（小試管和單孔膠塞）檢查裝置氣密性（這是防止生成銅被再次氧化的關(guān)鍵步驟）。

2.裝藥品：夯實(shí)藥品（如果藥品松散，生成的氣體會(huì)把固體頂上去，會(huì)讓裝置漏氣、反應(yīng)物的接觸面也會(huì)減小，反應(yīng)速度也會(huì)降低）。

3.固定裝置開始加熱：注意用焰心、內(nèi)焰、外焰來加熱。

4.撤去酒精燈，待導(dǎo)管口氣泡大量涌出之后漸歸于平靜時(shí)，迅速蓋上膠塞。

5.讓產(chǎn)物自然冷卻，取出產(chǎn)物。

6.整理且清洗儀器。

四、實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)論

（一）現(xiàn)象

炭還原氧化銅的反應(yīng)是一個(gè)較強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，該反應(yīng)在上述設(shè)計(jì)下很容易發(fā)生，一旦發(fā)生，即出現(xiàn)“紅熱現(xiàn)象”：反應(yīng)熱能令反應(yīng)物發(fā)紅——從反應(yīng)物底部向上蔓延，十分耀眼。與此同時(shí)，試管導(dǎo)管口處也急速釋放出使石灰水變渾濁的氣體，整個(gè)過程可維持好幾秒鐘。

（二）結(jié)論

1.木炭還原氧化銅反應(yīng)可以在一個(gè)比較廣泛的比例范圍（1：6～1：12）里發(fā)生，在低比例段可得到金黃色的銅珠，但同時(shí)出現(xiàn)殘余的黑色木炭粉；在1：10～1：11之間可得到亮紅色金屬光澤的網(wǎng)狀銅塊及小銅珠；比例更高時(shí)易生成紅色的氧化亞銅。

2.還原反應(yīng)后出現(xiàn)銅珠顆粒的大小應(yīng)跟反應(yīng)過程中釋放出來的熱量大小有關(guān)，足夠的熱量可以使細(xì)小的銅粒熔為較大的銅珠。當(dāng)混合物中木炭量較充足時(shí)往往得到較大的銅珠，說明稍過量的木炭對(duì)這個(gè)反應(yīng)是有利的。

3.單純加熱木炭粉末所產(chǎn)生的氣體也能使石灰水變渾濁，因此，絕不能把石灰水變渾濁作為木炭跟氧化銅反應(yīng)的充分證據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉懷樂.中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與教育研究[M].重慶西南師范大學(xué)出版社，1996.

[2]劉懷樂.中學(xué)化學(xué)教學(xué)實(shí)證與求索[M].重慶西南師范大學(xué)出版社，2002.

[3]王立平，盧玉妹.酒精燈加熱效率的實(shí)驗(yàn)探究，2009.

（責(zé)編 趙建榮）