“木炭還原氧化銅”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

◆蔣發(fā)強(qiáng)

(湖南省漣源市芙蓉中學(xué))

“木炭還原氧化銅”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

◆蔣發(fā)強(qiáng)

(湖南省漣源市芙蓉中學(xué))

在人教2012版九年級(jí)化學(xué)教材上冊第六單元，教材第111頁中“用木炭還原氧化銅”實(shí)驗(yàn)，是初中化學(xué)教學(xué)中一個(gè)比較重要的實(shí)驗(yàn)。由于氫氣還原氧化銅已經(jīng)刪除，而一氧化碳還原氧化銅已經(jīng)不安排實(shí)驗(yàn)，因此，這一實(shí)驗(yàn)如果不能成功完成的話，那么，學(xué)生并沒有更多機(jī)會(huì)獲得“還原反應(yīng)”的感性認(rèn)識(shí)了。因此，對(duì)這一實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了長期關(guān)注與研究，并借鑒許多專家、同行的成果，進(jìn)行了必要的改進(jìn)，現(xiàn)在，這一實(shí)驗(yàn)已經(jīng)有成熟的做法。

化學(xué)教學(xué) “木炭還原氧化銅” 還原反應(yīng)

一、實(shí)驗(yàn)原型

實(shí)驗(yàn)6-2中，“用木炭還原氧化銅”的裝置圖：

據(jù)筆者了解，過去一些教師也曾經(jīng)照本宣科，依葫蘆畫瓢，但是往往失敗。顯然，教材的這個(gè)實(shí)驗(yàn)，編者也進(jìn)行了多次修改。但是，橫式加熱這一點(diǎn)從來未變。只是加熱的方法進(jìn)行過多次修改，曾經(jīng)使用酒精噴燈，后來又改為酒精燈，但加了網(wǎng)罩。顯示出編者對(duì)重點(diǎn)的提示，就是要重視加熱的質(zhì)量。但是，許多教師可以沒有對(duì)這一點(diǎn)給予充分的重視，加之忽視其他實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，所以實(shí)驗(yàn)仍然難以獲得滿意的效果。

許多老師后來改用了豎式加熱的方法，成功率確實(shí)很高，我也在一段時(shí)間里采用這種加熱方法，成功率為100%。但是，這一加熱方法與課本的描述不符，確實(shí)，加熱固體的時(shí)候，試管口應(yīng)當(dāng)向下傾斜，以防止冷凝水流到灼熱的試管底部，造成試管破裂，給實(shí)驗(yàn)造成不利的影響和后果。既然豎式加熱可以改善試管受熱的情況，那么，我覺得我們也應(yīng)當(dāng)可以通過必要的改進(jìn)，找到試管橫放時(shí)保證加熱效果的方法，從而使實(shí)驗(yàn)成功完成。通過幾十次的實(shí)驗(yàn)摸索，我終于找到了這樣的方法。

二、實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)失敗可能的原因，進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)。采取的措施如下：

反應(yīng)物：氧化銅，木炭。

混和比例：大約10︰1

處理方法：按比例稱取上述物質(zhì)，放在研缽里仔細(xì)地，充分地研磨，力度要大一點(diǎn)，時(shí)間長一點(diǎn)，要有沖擊的力度。為了加大研磨力度，可以為通常使用的研缽的杵加裝一個(gè)比較長的較粗的把。把木炭和氧化銅按照上述比例放在燒杯等容器里快速振蕩，使其充分混和均勻。實(shí)驗(yàn)方法如下：

1.關(guān)于反應(yīng)容器的選擇及藥品裝填。把上述反應(yīng)混和物裝入試管里，試管的規(guī)格以小一點(diǎn)的比較好，但是要注意與橡皮塞的匹配。例如，18X180，藥品使用量可以在5克左右，用玻璃棒壓緊。以期確保反應(yīng)快速，持續(xù)進(jìn)行。

2.關(guān)于加熱的措施。采用橫式加熱，并采用雙頭酒精燈加熱，火焰周圍加網(wǎng)罩。為了給反應(yīng)混和物集中加熱，保溫，使反應(yīng)迅速地以較大規(guī)模啟動(dòng)，并快速蔓延，最終完成，可以采用雙頭酒精燈加熱。據(jù)實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)一般在加熱到2分鐘的時(shí)候開始迅速啟動(dòng)，并在幾秒鐘內(nèi)完成。這時(shí)，反應(yīng)混和物發(fā)出明亮的紅光，并逐步蔓延擴(kuò)散至全部反應(yīng)物，伴隨大量氣體冒出，幾秒鐘后逐漸變暗，氣體不再冒出。

如果反應(yīng)不能迅速啟動(dòng)，那么其中容易反應(yīng)的部分可能會(huì)進(jìn)行分散的，烈度較低的反應(yīng)，生成物將會(huì)妨礙反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不能取得滿意的效果。據(jù)實(shí)驗(yàn)，如果反應(yīng)不能在3分鐘內(nèi)完成，那么，即使加熱的時(shí)間再長，如加熱5分鐘，也不能重新啟動(dòng)大規(guī)模的反應(yīng)。

采用自制的雙頭酒精燈，兩個(gè)頭的距離比較近，約2～3厘米，使用時(shí)，火焰的高度明顯比普通的酒精燈高。而且酒精燈應(yīng)加網(wǎng)罩(用不銹鋼網(wǎng)制作)，一般認(rèn)為會(huì)使火焰比較穩(wěn)定，并稍提高火焰的溫度，提高加熱的效率。

3.關(guān)于防止粉末沖出等的措施。用一支小試管，規(guī)格12X80，壓住反應(yīng)混和物，同時(shí)保留氣體通道。然后小試管的后面是不銹鋼網(wǎng)，試管口附近放有棉花。試管口放一團(tuán)棉花的作用是：由于反應(yīng)十分激烈，會(huì)有大量粉末飛出，棉花可以阻止反應(yīng)混和物粉末沖入石灰水中，干擾二氧化碳的檢出。棉花的前方放置一團(tuán)不銹鋼絲網(wǎng)的作用是：可以阻擋大部分反應(yīng)混和物沖出，并防止整塊熾熱的反應(yīng)混和物被氣流沖起后可能與棉花接觸引發(fā)燃燒與爆炸的危險(xiǎn)。

上述措施，有利于反應(yīng)迅速，連續(xù)地進(jìn)行，并保證二氧化碳的檢驗(yàn)免受干擾。據(jù)實(shí)測，反應(yīng)一般在加熱后1～2分鐘內(nèi)啟動(dòng)，并在幾秒鐘內(nèi)迅速蔓延完成。

4.關(guān)于防止倒流的措施。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，為了防止液體倒吸，先撤出導(dǎo)氣管，后熄滅酒精燈。但問題是，在撤出導(dǎo)氣管的同時(shí)，外界空氣就會(huì)逆流回到灼熱的試管內(nèi)，可能會(huì)使試管內(nèi)剛生成的紅色銅在高溫下又被空氣中的氧氣氧化為黑色的氧化銅，這會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的效果，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)。借鑒測定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)中，利用止水夾來控制倒吸現(xiàn)象的實(shí)例。我認(rèn)為，在“用木炭還原氧化銅”的實(shí)驗(yàn)中，也可以利用止水夾對(duì)導(dǎo)氣管進(jìn)行封閉。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

1.改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，加熱設(shè)計(jì)較科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)，措施針對(duì)性強(qiáng)，反應(yīng)順利進(jìn)行。

2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，采取多重防護(hù)措施，有效地防止了反應(yīng)混和物粉末沖出、可能導(dǎo)致棉花燃燒、以及氣體管道堵塞，黑色粉末進(jìn)入石灰水，干擾二氧化碳的檢出的現(xiàn)象等故障的發(fā)生。

3.利用止水夾及時(shí)封閉氣體管道，既能阻斷液體倒吸，又能防止產(chǎn)物中的銅再被氧化，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更嚴(yán)謹(jǐn)。

4．用錐形瓶盛裝澄清石灰水驗(yàn)證反應(yīng)的發(fā)生，不用夾持或固定，重心低，不會(huì)因?qū)Ч茌^長而使容器翻倒。