“木炭还原氧化铜”实验的改进

蒋发强

摘要：在人教2012版九年级化学教材上册第六单元，教材第111页中“用木炭还原氧化铜”实验，是初中化学教学中一个比较重要的实验。由于氢气还原氧化铜已经删除，而一氧化碳还原氧化铜已经不安排实验，因此，这一实验如果不能成功完成的话，那么，学生并没有更多机会获得“还原反应”的感性认识了。因此，对这一实验进行了长期关注与研究，并借鉴许多专家、同行的成果，进行了必要的改进，现在，这一实验已经有成熟的做法。

关键词：化学教学 “木炭还原氧化铜” 还原反应

一、实验原型

实验6-2中，“用木炭还原氧化铜”的装置图：

据笔者了解，过去一些教师也曾经照本宣科，依葫芦画瓢，但是往往失败。显然，教材的这个实验，编者也进行了多次修改。但是，横式加热这一点从来未变。只是加热的方法进行过多次修改，曾经使用酒精喷灯，后来又改为酒精灯，但加了网罩。显示出编者对重点的提示，就是要重视加热的质量。但是，许多教师可以没有对这一点给予充分的重视，加之忽视其他实验细节，所以实验仍然难以获得满意的效果。

许多老师后来改用了竖式加热的方法，成功率确实很高，我也在一段时间里采用这种加热方法，成功率为100%。但是，这一加热方法与课本的描述不符，确实，加热固体的时候，试管口应当向下倾斜，以防止冷凝水流到灼热的试管底部，造成试管破裂，给实验造成不利的影响和后果。既然竖式加热可以改善试管受热的情况，那么，我觉得我们也应当可以通过必要的改进，找到试管横放时保证加热效果的方法，从而使实验成功完成。通过几十次的实验摸索，我终于找到了这样的方法。

二、实验的改进

根据实验失败可能的原因，进行针对性的改进。采取的措施如下：

反应物：氧化铜，木炭。

混和比例：大约10︰1

处理方法：按比例称取上述物质，放在研钵里仔细地，充分地研磨，力度要大一点，时间长一点，要有冲击的力度。为了加大研磨力度，可以为通常使用的研钵的杵加装一个比较长的较粗的把。把木炭和氧化铜按照上述比例放在烧杯等容器里快速振荡，使其充分混和均匀。实验方法如下：

1.关于反应容器的选择及药品装填。把上述反应混和物装入试管里，试管的规格以小一点的比较好，但是要注意与橡皮塞的匹配。例如，18X180，药品使用量可以在5克左右，用玻璃棒压紧。以期确保反应快速，持续进行。

2.关于加热的措施。采用横式加热，并采用双头酒精灯加热，火焰周围加网罩。为了给反应混和物集中加热，保温，使反应迅速地以较大规模启动，并快速蔓延，最终完成，可以采用双头酒精灯加热。据实验，反应一般在加热到2分钟的时候开始迅速启动，并在几秒钟内完成。这时，反应混和物发出明亮的红光，并逐步蔓延扩散至全部反应物，伴随大量气体冒出，几秒钟后逐渐变暗，气体不再冒出。

如果反应不能迅速启动，那么其中容易反应的部分可能会进行分散的，烈度较低的反应，生成物将会妨碍反应的继续进行。导致实验不能取得满意的效果。据实验，如果反应不能在3分钟内完成，那么，即使加热的时间再长，如加热5分钟，也不能重新启动大规模的反应。

采用自制的双头酒精灯，两个头的距离比较近，约2～3厘米，使用时，火焰的高度明显比普通的酒精灯高。而且酒精灯应加网罩（用不锈钢网制作），一般认为会使火焰比较稳定，并稍提高火焰的温度，提高加热的效率。

3.关于防止粉末冲出等的措施。用一支小试管，规格12X80，压住反应混和物，同时保留气体通道。然后小试管的后面是不锈钢网，试管口附近放有棉花。试管口放一团棉花的作用是：由于反应十分激烈，会有大量粉末飞出，棉花可以阻止反应混和物粉末冲入石灰水中，干扰二氧化碳的检出。棉花的前方放置一团不锈钢丝网的作用是：可以阻挡大部分反应混和物冲出，并防止整块炽热的反应混和物被气流冲起后可能与棉花接触引发燃烧与爆炸的危险。

上述措施，有利于反应迅速，连续地进行，并保证二氧化碳的检验免受干扰。据实测，反应一般在加热后1～2分钟内启动，并在几秒钟内迅速蔓延完成。

4.关于防止倒流的措施。实验结束时，为了防止液体倒吸，先撤出导气管，后熄灭酒精灯。但问题是，在撤出导气管的同时，外界空气就会逆流回到灼热的试管内，可能会使试管内刚生成的红色铜在高温下又被空气中的氧气氧化为黑色的氧化铜，这会影响实验的效果，实验设计不够严谨。借鉴测定空气中氧气含量的实验中，利用止水夹来控制倒吸现象的实例。我认为，在“用木炭还原氧化铜”的实验中，也可以利用止水夹对导气管进行封闭。

三、实验改进后的优点

1.改进后的实验，加热设计较科学、严谨，措施针对性强，反应顺利进行。

2.根据实验需要，采取多重防护措施，有效地防止了反应混和物粉末冲出、可能导致棉花燃烧、以及气体管道堵塞，黑色粉末进入石灰水，干扰二氧化碳的检出的现象等故障的发生。

3.利用止水夹及时封闭气体管道，既能阻断液体倒吸，又能防止产物中的铜再被氧化，实验设计更严谨。

4.用锥形瓶盛装澄清石灰水验证反应的发生，不用夹持或固定，重心低，不会因导管较长而使容器翻倒。