黃艷飛

摘? 要：《木炭還原氧化銅》是研究物質(zhì)的還原性的實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，只要從以下幾個(gè)方面入手就可獲得良好的實(shí)驗(yàn)效果：①反應(yīng)物的選擇及處理;②反應(yīng)容器的選擇;③實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn);④實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：氧化銅;木炭;試管;導(dǎo)管;酒精燈

《木炭還原氧化銅》實(shí)驗(yàn)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(xué)生獲得深刻印象的感性資料，是幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)還原性的關(guān)鍵。

很多教師認(rèn)為《木炭還原氧化銅》是初中化學(xué)教學(xué)中較難做的實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)，感到實(shí)驗(yàn)成功率太低，還有一些不安全隱患。由于這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，實(shí)驗(yàn)成功率很低，所以在很多的教學(xué)參考資料上，常常有改進(jìn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的方法。有的實(shí)驗(yàn)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(yīng)物中滴加酒精，有的選用高溫?zé)嵩吹鹊?，最終的目的都是為了能讓學(xué)生觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，獲得深刻印象的感性資料，加深對(duì)物質(zhì)還原性的理解。多數(shù)教師都努力從反應(yīng)物比例及反應(yīng)條件這兩個(gè)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(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，只要把反應(yīng)物和反應(yīng)容器這兩個(gè)問題處理好了，只用普通的酒精燈作為熱源進(jìn)行加熱，三分鐘就可以完成實(shí)驗(yàn)。

一、反應(yīng)物的選擇及處理

1.選反應(yīng)物。在實(shí)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在實(shí)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(yīng)物的比例也恰當(dāng)，那就是藥品選取不當(dāng)導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)的失敗。在選取藥品時(shí)應(yīng)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(xué)純混合，分別加熱除去水分（一定要烘干，否則實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯），研磨時(shí)顆粒要細(xì)，混合均勻，裝入反應(yīng)容器時(shí)，適度壓實(shí)，使顆粒間緊密接觸，目的是增大反應(yīng)物的接觸面。而且還要使反應(yīng)物集中一些，那么反應(yīng)時(shí)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(yīng)所需溫度就越高，對(duì)熱源要求也就越高，在一般的實(shí)驗(yàn)室條件下很難達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。

2.控制反應(yīng)物的用量。木炭還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)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(shí)際上會(huì)不足，因?yàn)樵嚬苤械目諝鈺?huì)消耗一定量木炭，而且木炭也會(huì)有一些雜質(zhì)。因而木炭用量要比理論值偏高，實(shí)驗(yàn)證明，如果用20﹪工業(yè)純和80﹪的化學(xué)純混合的氧化銅，木炭還原氧化銅的最佳質(zhì)量比應(yīng)為：木炭：氧化銅=1∶10。同時(shí)，要控制反應(yīng)物的總質(zhì)量，反應(yīng)物的總質(zhì)量也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)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(yīng)容器的選擇

選用Φ15×150mm小試管裝研磨細(xì)的木炭粉、氧化銅粉混合物，加熱時(shí)熱量集中，有利于反應(yīng)，加熱時(shí)間在1～2min左右開始反應(yīng)，2～3min完成全部實(shí)驗(yàn)，試管完好無損。若選用大試管，因?yàn)闊崃勘环稚?，達(dá)不到反應(yīng)溫度，致使實(shí)驗(yàn)失敗;若用導(dǎo)管代替試管，最理想時(shí)可以看到玻璃導(dǎo)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(yīng)選用耐高溫的硬質(zhì)試管，用一般的試管會(huì)燒紅穿孔。

通過對(duì)反應(yīng)物的選取、用量的控制及反應(yīng)容器的選擇，實(shí)驗(yàn)成功率極高，本人做該實(shí)驗(yàn)從未失敗過。

三、實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

按課本裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(dǎo)管進(jìn)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(shí)驗(yàn)效果就不明顯，學(xué)生印象不深刻，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)的目的。如果不移出導(dǎo)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(huì)倒吸使熱的試管炸裂。既然現(xiàn)象不明顯是在冷卻時(shí)裝置不密封、空氣進(jìn)入而造成的，只要能阻止空氣進(jìn)入就可以解決個(gè)這個(gè)問題。因此，本人對(duì)該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了一些改動(dòng)：在原裝置導(dǎo)管中間接加一小段乳膠管和一個(gè)彈簧夾，操作簡(jiǎn)單且增加的儀器較常見（圖1）。實(shí)驗(yàn)操作對(duì)比：

[原實(shí)驗(yàn)具體操作]對(duì)混合物加熱幾分鐘后，先撤出導(dǎo)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(jìn)后實(shí)驗(yàn)具體操作]對(duì)混合物加熱幾分鐘后，先撤出導(dǎo)管后熄酒精燈并在連接導(dǎo)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(jìn)后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯，不需要倒出粉末，學(xué)生均能看到試管內(nèi)的紅色固體，印象深刻，不會(huì)對(duì)木炭的還原性再心存疑惑。

四、實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新

在課本原裝置中如果不移出導(dǎo)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(huì)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(yàn)裝置之間加入安全瓶，待實(shí)驗(yàn)結(jié)束后只需移開酒精燈，這樣學(xué)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(shí)石灰水倒吸入熱的試管這一現(xiàn)象形成對(duì)比。

[方法二]

按照裝置要密封的特點(diǎn)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置：將導(dǎo)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(zhǎng)即可，靠近藥品的導(dǎo)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(shí)粉末進(jìn)入石灰水中），按裝置（圖2）組裝儀器，完成實(shí)驗(yàn)。在移走酒精燈后會(huì)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(shí)可觀察到導(dǎo)管內(nèi)壁出現(xiàn)一層明亮的紫紅色銅境。

改進(jìn)后，實(shí)驗(yàn)效果都不錯(cuò)。特別是方法二，裝置簡(jiǎn)單，可操作性很強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)全過程絕對(duì)安全可靠，教師、學(xué)生都可操作。把演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，學(xué)生積極參與，親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)獲得感性認(rèn)識(shí)，印象更深刻，同時(shí)也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)驗(yàn)技能。由此，學(xué)生也會(huì)聯(lián)想到用加熱高錳酸鉀制氧氣時(shí)，用排水法收集完畢為什么要先從水中移出導(dǎo)管再熄滅酒精燈，這樣舉一反三，可以幫助學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的掌握和理解。

參考文獻(xiàn)

[1]劉正賢.中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)大全[M].上海教育出版社，1997，10.