《木炭還原氧化銅》實驗探究

黃艷飛

摘? 要：《木炭還原氧化銅》是研究物質(zhì)的還原性的實驗，現(xiàn)行初中教材中僅此一例，其地位比較重要。本人多年從事實驗教學工作，經(jīng)過多次實驗對比發(fā)現(xiàn)，只要從以下幾個方面入手就可獲得良好的實驗效果：①反應物的選擇及處理;②反應容器的選擇;③實驗裝置的改進;④實驗裝置的創(chuàng)新。

關鍵詞：氧化銅;木炭;試管;導管;酒精燈

《木炭還原氧化銅》實驗是研究木炭的還原性，現(xiàn)行初中教材中研究物質(zhì)的還原性僅此一例（老教材是以氫氣為代表研究物質(zhì)的還原性的），其地位比較重要。讓學生獲得深刻印象的感性資料，是幫助學生認識物質(zhì)還原性的關鍵。

很多教師認為《木炭還原氧化銅》是初中化學教學中較難做的實驗，目前教師使用的方法多為用酒精噴燈、用帶鐵紗網(wǎng)罩的酒精燈或用雙嘴酒精燈加熱法，本人多次觀察同事實驗，感到實驗成功率太低，還有一些不安全隱患。由于這個實驗現(xiàn)象不明顯，實驗成功率很低，所以在很多的教學參考資料上，常常有改進這個實驗的方法。有的實驗前把炭粉和氧化銅用水調(diào)成糊狀，抹在試管中烘，有的在反應物中滴加酒精，有的選用高溫熱源等等，最終的目的都是為了能讓學生觀察到明顯的實驗現(xiàn)象，獲得深刻印象的感性資料，加深對物質(zhì)還原性的理解。多數(shù)教師都努力從反應物比例及反應條件這兩個方面尋求突破的方法，也取得了一定的成效，但是本人覺得還是不太理想。為此，本人多年從事實驗教學工作，經(jīng)過多次實驗對比發(fā)現(xiàn)，只要把反應物和反應容器這兩個問題處理好了，只用普通的酒精燈作為熱源進行加熱，三分鐘就可以完成實驗。

一、反應物的選擇及處理

1.選反應物。在實際操作中發(fā)現(xiàn)采用不同的木炭和純度不同的氧化銅粉末進行實驗對實驗效果有很大的影響，具體影響如下：氧化銅粉末從黑色變成紅色這一實驗現(xiàn)象在實際操作中往往難以觀察;木炭的顏色是黑色，還原后的銅的顏色是紅色，本來是很容易分辨的，但卻沒有觀察到，如果溫度已足夠高、反應物的比例也恰當，那就是藥品選取不當導致的實驗的失敗。在選取藥品時應選用表面黑亮多孔的木炭（其水分、雜質(zhì)含量較少），氧化銅用20﹪工業(yè)純和80﹪的化學純混合，分別加熱除去水分（一定要烘干，否則實驗現(xiàn)象不明顯），研磨時顆粒要細，混合均勻，裝入反應容器時，適度壓實，使顆粒間緊密接觸，目的是增大反應物的接觸面。而且還要使反應物集中一些，那么反應時產(chǎn)生的熱量就不易散失。值得注意的是氧化銅的純度不宜過高，純度越高反應所需溫度就越高，對熱源要求也就越高，在一般的實驗室條件下很難達到預期的實驗效果。

2.控制反應物的用量。木炭還原氧化銅的實驗首先要解決的是木炭和氧化銅的用量比，理論上木炭與氧化銅的質(zhì)量比是12∶159（即1∶13.3）。但若按此量，木炭的用量實際上會不足，因為試管中的空氣會消耗一定量木炭，而且木炭也會有一些雜質(zhì)。因而木炭用量要比理論值偏高，實驗證明，如果用20﹪工業(yè)純和80﹪的化學純混合的氧化銅，木炭還原氧化銅的最佳質(zhì)量比應為：木炭：氧化銅=1∶10。同時，要控制反應物的總質(zhì)量，反應物的總質(zhì)量也會影響實驗效果，太多、太少均不好，一般控制在1g以內(nèi)效果最佳。

二、反應容器的選擇

選用Φ15×150mm小試管裝研磨細的木炭粉、氧化銅粉混合物，加熱時熱量集中，有利于反應，加熱時間在1～2min左右開始反應，2～3min完成全部實驗，試管完好無損。若選用大試管，因為熱量被分散，達不到反應溫度，致使實驗失敗;若用導管代替試管，最理想時可以看到玻璃導管內(nèi)出現(xiàn)一層光亮的紫紅色銅鏡，效果最佳。另外，如果用酒精噴燈加熱，因溫度較高，應選用耐高溫的硬質(zhì)試管，用一般的試管會燒紅穿孔。

通過對反應物的選取、用量的控制及反應容器的選擇，實驗成功率極高，本人做該實驗從未失敗過。

三、實驗裝置的改進

按課本裝置進行實驗唯一不足的是在試管冷卻過程中，裝置與大氣相通沒有密封，外面的空氣沿導管進入試管中，剛被還原出的紅色的銅易被氧化成黑色的氧化銅，待倒出粉末后再觀察，實驗效果就不明顯，學生印象不深刻，達不到實驗的目的。如果不移出導管也能形成封閉體系，但是移開酒精燈后，試管中的石灰水會倒吸使熱的試管炸裂。既然現(xiàn)象不明顯是在冷卻時裝置不密封、空氣進入而造成的，只要能阻止空氣進入就可以解決個這個問題。因此，本人對該實驗裝置進行了一些改動：在原裝置導管中間接加一小段乳膠管和一個彈簧夾，操作簡單且增加的儀器較常見（圖1）。實驗操作對比：

[原實驗具體操作]對混合物加熱幾分鐘后，先撤出導管再熄酒精燈，待試管冷卻后再把試管里的粉末倒在紙上，觀察現(xiàn)象并分析。

[改進后實驗具體操作]對混合物加熱幾分鐘后，先撤出導管后熄酒精燈并在連接導管的橡皮管處夾上止水夾，待試管冷卻后再把試管里的粉末倒在紙上，觀察現(xiàn)象并分析。

這樣改進后實驗現(xiàn)象非常明顯，不需要倒出粉末，學生均能看到試管內(nèi)的紅色固體，印象深刻，不會對木炭的還原性再心存疑惑。

四、實驗裝置的創(chuàng)新

在課本原裝置中如果不移出導管也能形成封閉體系，但是移開酒精燈后，試管中的石灰水會倒吸，如何避免倒吸，防止試管炸裂呢？

[方法一]

在加熱裝置和檢驗裝置之間加入安全瓶，待實驗結(jié)束后只需移開酒精燈，這樣學生既能觀察到紅色的銅，又能防止石灰水倒吸入熱的試管，與不接安全瓶時石灰水倒吸入熱的試管這一現(xiàn)象形成對比。

[方法二]

按照裝置要密封的特點，改進實驗裝置：將導管的一端加工成“V型”，裝石灰水，另一端裝木炭和氧化銅混合粉末，2厘米長即可，靠近藥品的導管端口用肥皂封好（使產(chǎn)生氣體流向石灰水的一端），藥品的另一側(cè)放少量棉花（防止加熱時粉末進入石灰水中），按裝置（圖2）組裝儀器，完成實驗。在移走酒精燈后會觀察到“V型”管內(nèi)靠近藥品的一端水位較高，又因?qū)Ч軆?nèi)徑小熱量集中，使現(xiàn)象更明顯，理想時可觀察到導管內(nèi)壁出現(xiàn)一層明亮的紫紅色銅境。

改進后，實驗效果都不錯。特別是方法二，裝置簡單，可操作性很強，實驗全過程絕對安全可靠，教師、學生都可操作。把演示實驗改為學生實驗，學生積極參與，親自動手實驗獲得感性認識，印象更深刻，同時也提高了學生的學習興趣和實驗技能。由此，學生也會聯(lián)想到用加熱高錳酸鉀制氧氣時，用排水法收集完畢為什么要先從水中移出導管再熄滅酒精燈，這樣舉一反三，可以幫助學生加深對知識的掌握和理解。

參考文獻

[1]劉正賢.中學化學實驗大全[M].上海教育出版社，1997，10.