一氧化碳的可燃性與還原性實(shí)驗(yàn)改進(jìn)*

潘國榮 白顯圣 黃 誠

由于一氧化碳是一種有毒的氣體，因此現(xiàn)行初中化學(xué)教科書[1-6]中基本上只是保留了一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)。而一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)條件是高溫，需要用到酒精噴燈，酒精噴燈使用不方便，成功率低，這個(gè)實(shí)驗(yàn)往往就成了擺設(shè)，沒有起到應(yīng)有的作用。應(yīng)該恢復(fù)原來人教版教科書[7]中一氧化碳的可燃性和還原性實(shí)驗(yàn)，并作適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，方便學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，使學(xué)生從直觀上加深對一氧化碳化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

一、教科書中一氧化碳的可燃性、還原性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[7]

【實(shí)驗(yàn)1】 在盛有一氧化碳的貯氣瓶的導(dǎo)管口點(diǎn)火，觀察火焰的顏色，把內(nèi)壁蘸有澄清石灰水的燒杯罩在火焰上(如圖1所示)，觀察石灰水有什么變化。

圖1 一氧化碳燃燒

【實(shí)驗(yàn)2】 按照圖2的裝置，在玻璃管里放入氧化銅，通入一氧化碳，并用氣球或塑料袋收集尾氣，然后加熱。仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)發(fā)生的現(xiàn)象。

改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置，如圖3所示。

圖2 一氧化碳還原氧化銅

圖3 一氧化碳還原氧化銅改進(jìn)

二、教科書實(shí)驗(yàn)裝置與方法的不足

教科書在可燃性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，一氧化碳燃燒時(shí)生成二氧化碳，二氧化碳的檢驗(yàn)方法不是很嚴(yán)格，在蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)改進(jìn)中已經(jīng)作了說明[8]。

還原性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，儀器裝置大而笨重，需要一氧化碳比較多，因而一氧化碳逸散到空氣中的數(shù)量也比較多，操作比較麻煩，不適宜學(xué)生作探究實(shí)驗(yàn)使用。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與設(shè)計(jì)

1.可燃性實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

(1)改進(jìn)思路與過程

一氧化碳燃燒放出大量的熱量，會(huì)使氣體體積急劇膨脹，容易發(fā)生爆炸，因此，不能選擇細(xì)口瓶盛放一氧化碳進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，必須使用廣口瓶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。一氧化碳燃燒的時(shí)間要長一些，為使學(xué)生觀察現(xiàn)象時(shí)更清楚，盛放一氧化碳的容器要深一些。一氧化碳先跟石灰水接觸，可觀察到一氧化碳不能使澄清石灰水變渾濁。經(jīng)過對比盛放各種飲料的玻璃瓶后，發(fā)現(xiàn)盛放300 mL蘋果醋的直型玻璃瓶比較恰當(dāng)，于是決定用它作為一氧化碳燃燒實(shí)驗(yàn)的容器。藍(lán)色火焰在紅色背景中更加明顯，因此需要將盛放一氧化碳的瓶子置于紅色背景中點(diǎn)燃。

(2)實(shí)驗(yàn)裝置制作

用一個(gè)大約2.5 L的直型塑料瓶從中間一分為二，讓底部保留大約2 cm的高度完整連接后，剪掉其中一邊，并把上部小的部分剪掉。用強(qiáng)力膠固定將兩節(jié)小玻璃管呈入字型把上部的塑料片支撐開，用雙面膠從外面把紅紙固定作為背景，稱之為“背景屏”，把直型玻璃瓶放在“背景屏”里即得到一氧化碳燃燒實(shí)驗(yàn)裝置(如圖4所示)。

圖4 CO燃燒裝置

圖5 CO燃燒效果1

圖6 CO燃燒效果2

圖7 CO燃燒效果3

(3)實(shí)驗(yàn)操作方法及效果

用排水法收集一瓶一氧化碳，注入2～3 mL澄清石灰水，蓋緊瓶蓋，振蕩，可以看到澄清石灰水不變渾濁(如圖8所示)。松開瓶蓋，將玻璃瓶放入“背景屏”里，點(diǎn)燃木條，打開瓶蓋，用燃著木條點(diǎn)燃一氧化碳。可以看到藍(lán)色火焰慢慢從瓶口向瓶里深入(如圖5、圖6所示)。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，紅色背景映襯藍(lán)色火焰比白色更加明顯(如圖5、圖7所示)。一氧化碳燃燒完畢后，蓋上瓶蓋，振蕩，可以看到澄清石灰水變渾濁(如圖9所示)。

圖8 CO不能使石灰水變渾濁

圖9 CO2使澄清石灰水變渾濁

(4)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

第一，用簡單的裝置和少量的一氧化碳展示了一氧化碳燃燒所形成的藍(lán)色火焰，加深學(xué)生對一氧化碳燃燒火焰的直觀認(rèn)識(shí)。

第二，讓一氧化碳先與澄清石灰水接觸，使學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)到一氧化碳不能使澄清石灰水變渾濁。

第三，由于直接使用純凈的一氧化碳進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，簡化了實(shí)驗(yàn)的操作步驟，提高了實(shí)驗(yàn)的效率。

第四，實(shí)驗(yàn)操作簡便安全，可以用于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。

2.還原性實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

(1)改進(jìn)思路

先把一氧化碳置于石灰水上，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)到一氧化碳不能使澄清石灰水變渾濁。直接讓灼熱的氧化銅置于純凈的一氧化碳?xì)怏w中反應(yīng)，反應(yīng)在封閉的環(huán)境中進(jìn)行，藥品用量少，操作簡單，安全高效。

(2)實(shí)驗(yàn)裝置的制作

取一節(jié)直徑約0.8 cm的細(xì)口玻璃管，將一端燒熔封閉(以下簡稱“封口粗導(dǎo)管”)，插入單孔橡皮塞中，使橡皮塞塞入125 mL集氣瓶，封口粗導(dǎo)管下端距離瓶底大約2 cm，在橡皮塞的封口粗導(dǎo)管上用小銅絲緊密纏繞成一段大約1.5 cm的螺旋形銅絲段，把銅絲段移動(dòng)到距離封口粗導(dǎo)管下端大約1 cm處，將帶封口粗導(dǎo)管和銅絲的橡皮塞塞入125 mL集氣瓶后，即得到實(shí)驗(yàn)裝置(如圖10所示)。

圖10 CO還原CuO裝置

圖11 CO不能使石灰水變渾濁

(3)實(shí)驗(yàn)方法與現(xiàn)象

用排水法收集一瓶125 mL一氧化碳，滑動(dòng)打開玻璃片，注入2～3 mL澄清石灰水，蓋好玻璃片，振蕩，觀察到石灰水不渾濁(如圖11所示)。

將橡皮塞上封口粗導(dǎo)管的螺旋形銅絲放在酒精燈火焰上加熱，使其變成黑色的氧化銅(如圖12所示)。迅速將灼熱的封口粗導(dǎo)管及氧化銅放入盛放一氧化碳并含有少量澄清石灰水的集氣瓶中，并蓋好橡皮塞，可以看到黑色的銅絲很快變成了亮黃色(如圖13所示)。振蕩集氣瓶，可以看到澄清石灰水變渾濁了(如圖14所示)。

圖12 銅加熱變成氧化銅

圖13 氧化銅被還原成銅

圖14 澄清石灰水變渾濁

(4)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

第一，讓一氧化碳先與石灰水接觸，可以使學(xué)生明白一氧化碳不能使澄清石灰水變渾濁。

第二，用銅絲轉(zhuǎn)換成氧化銅，操作簡單，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對比性強(qiáng)，能夠循環(huán)使用無數(shù)次，藥品使用量少，節(jié)約環(huán)保。

第三，直接使用純凈的一氧化碳做實(shí)驗(yàn)，一氧化碳使用量又少，可以省略尾氣的處理，簡化了實(shí)驗(yàn)操作過程，提高了實(shí)驗(yàn)的效率。

第四，讓銅絲纏繞在封口粗導(dǎo)管上，由于玻璃傳熱性差，儲(chǔ)存熱量多，即使在室溫比較低的時(shí)候，也能夠使實(shí)驗(yàn)做成功，實(shí)驗(yàn)的成功率高。

第五，讓一氧化碳在封閉的環(huán)境里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，沒有逸撒出來污染教學(xué)環(huán)境，確保了師生的健康。

第六，使用封口粗導(dǎo)管，可以避免玻璃棒加熱容易斷裂的缺點(diǎn)，使實(shí)驗(yàn)裝置組成后，可以長期使用。