对木炭还原氧化铜实验的改进

孙文利



对木炭还原氧化铜实验的改进

孙文利

摘 要：对人民教育出版社出版的义务教育教科书《化学》中的木炭还原氧化铜实验进行了简单改进，通过改变氧化铜和木炭粉末的接触面积，使反应更易发生。改进实验操作简单、反应条件温和、实验现象更加明显，节省了课堂上演示实验的时间。

关键词：实验改进；木炭还原氧化铜；初中化学

一、初中化学教材中关于该实验的描述

人民教育出版社出版的义务教育教科书《化学》（九年级上册，2012年6月第1版）对木炭还原氧化铜实验（第110页实验6-2）的描述如下：

把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地铺放进试管，并将试管固定在铁架台上，试管口装有通入澄清石灰水的导管。用酒精灯（可加网罩以使火焰集中并提高温度，最好使用酒精喷灯）加热混合物几分钟。然后先撤出导气管，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上。观察现象并分析。

二、该实验的问题及研究现状

笔者按上文中描述的方法进行多次实验，即使用了金属网罩罩住酒精灯火焰，较长时间加热，也并未观察到明显的实验现象（澄清石灰水变浑浊、试管中黑色粉末变红）。若用酒精喷灯（或本生灯）加热，普通玻璃试管不能耐受高温（酒精喷灯的高温容易使试管变形），所以还需用石英试管代替，而一般中学实验室不常配备石英试管。

现阶段文献中有关该实验的改进研究，主要是改进实验装置、提高加热温度、调配反应物的用量比、改变木炭粉的制备方法（如用不同的果壳高温灼烧制备木炭）等。

三、实验改进

1.实验改进的方案设计

实验仪器装置图如图1所示。

图1 实验仪器装置图

实验操作：按图1组装除装有澄清石灰水的试管外的所有仪器。检查装置气密性。将玻璃导管一端伸入盛有水的水槽中，用手握住试管或用酒精灯微热试管，如玻璃导管口处有气泡冒出，说明装置气密性良好，反之，须重新连接并检查试管与单孔橡胶塞、单孔橡胶塞与玻璃导管接口处是否紧密，若不紧密，可在连接处涂上少量水或凡士林。用棉花沾一些木炭和氧化铜的混合物粉末（也可将棉花润湿，便于多沾一些木炭和氧化铜的混合物粉末），放入试管底部，组装好仪器，并将玻璃导管的一端伸入盛有澄清石灰水的试管中。用酒精灯加热盛有木炭和氧化铜粉末的试管（需预热），开始反应。反应大约2分钟左右即可看到黑色粉末表面逐渐变成紫红色，澄清石灰水变浑浊。当有大量红色物质出现后，先将导气管移出澄清石灰水，再停止加热，待试管冷却后再拆卸、整理仪器。将试管中的粉末倒在一张干净的白纸上，将粉末摊开后观察。

2.实验改进后的优点

（1）操作简单、现象明显。

（2）不需要提前将木炭粉和氧化铜粉末烘烤。

（3）不需要有意控制木炭粉和氧化铜粉末的比例。

（4）节省了课堂上演示实验的时间。在原有实验装置不变的情况下，只是通过调整氧化铜和木炭粉的接触面积就能让反应快速发生。

（5）装置简单，只需用酒精灯加热即可让反应明显地发生，不需要再用酒精喷灯加热。酒精喷灯在国外和高校化学实验室基本被淘汰（一般用煤气灯或本生灯），而且中学生也不熟悉酒精喷灯及其提供高温的原理。

3.装置改进的原因分析

改进为用棉花沾木炭和氧化铜混合物粉末，只用酒精灯加热就能快速地观察到实验现象。

棉花的作用：一是增加了木炭和氧化铜粉末的接触面积和受热面积；二是棉花受热会部分炭化，所得的细小的碳颗粒活性更高。

有人认为棉花的纤维素分子【［C6H7O2（OH）3］n】长链中羟基也会还原氧化铜，这样所得还原产物是水，而改进实验能明显地检测到生成二氧化碳，所以羟基还原性在该实验中不是主要作用，可以忽略。

若为了避免棉花对木炭还原氧化铜实验的影响，可以用石棉绒代替棉花，也能快速观察到实验现象。

作者信息

孙文利，硕士，中教高级。北京市十一学校，100039