CO還原CuO實驗的改進微探

嚴祥

一、教材中CO還原CuO實驗的回顧與思考

在舊人教版本教材中，CO還原CuO的實驗裝置如圖1所示，該實驗的設計能夠準確反映一氧化碳的還原性、有毒性和可燃性特征。從理論的角度來看本實驗的設計堪稱是經典之作，但是在實際的操作中存在著重大的缺陷：

1.實際實驗中需要大量的一氧化碳，恰恰在實驗室中制取一氧化碳過程繁瑣以及貯存困難，這是多數化學教師在課堂教學中拒絕進行演示實驗的重要因素。

2.在實驗的尾氣處理時，出口尖嘴直接放在點燃的酒精燈火焰處，容易引起裝有澄清石灰水的洗氣瓶爆炸，導致實驗失敗和危險！在新人教版本教材中該實驗已經刪除，可能也是考慮到此緣故吧！但在教學實踐中發現，不少教輔資料、模擬測試和中考試題中都有該實驗的蹤影，甚至作為考查的重點、難點和熱點；不少化學教學同仁們在教輔資料和教學研究雜志上都提出了對該實驗的改進措施，比較典型的如圖2和圖3所示。圖2的改進實驗，看似達到廢物利用和節約能源的效果，認真分析后發現其設計上除了存在前面分析的尾氣爆炸危險外還有一個重要的缺陷：在點燃酒精燈加熱前和停止加熱后，實驗中一氧化碳都會持續通入，這些造成的尾氣都沒有獲得合理的處理，具有危害性！圖3的改進實驗，其主要的思想是將尾氣（一氧化碳）回流至硬質玻璃管中進行再次利用，同時也防止了污染，看似是兩全其美，但是只要思考一下連通器的原理就會知道，實驗中導管連通著氣壓是相等的，一氧化碳是不可能發生回流現象的，實際實驗中應該不會達到預期的效果！

二、對CO還原CuO實驗的“改進”

筆者根據自身教學和實驗實踐進行思考與分析，提出如下的改進。

1.制取CO方法的改進

實驗室制取一氧化碳的傳統方式是采取甲酸分解法，但是該實驗中需要用濃硫酸進行催化，反應比較劇烈產生的一氧化碳速率比較快，在課堂教學中當場制取、驗純后再進行還原氧化銅的實驗，操作比較復雜；若在課前先制取大量的一氧化碳，用貯氣瓶帶到課堂中進行實驗，增加實驗的準備負擔和難度，更不可能讓學生完成該實驗操作！筆者根據自身教學實踐結合具體的實驗情況，用碳酸鎂與鋅粉混合加熱制取一氧化碳氣體：

MgCO3+Zn△MgO

+ZnO+CO↑

2.改進后的實驗裝置

3.實驗步驟

在試管底部加入15 g碳酸鎂和鋅粉混合物（質量比控制在9∶7為宜），在該試管的中間部位加入一定量的氧化銅粉末，用酒精燈給混合物加熱15 s左右能夠產生平穩的一氧化碳氣體，將黑色的氧化銅還原成具有金屬光澤的紅色物質（銅）。

在實驗的尾氣處理方面，舊人教教材中盛有澄清石灰水的洗氣瓶上部空間相對比較大，在實驗的初期這部分空間充滿大量的一氧化碳和空氣的混合氣體，如果達到一氧化碳的爆炸極限，接觸到明火就會發生爆炸的危險，如果在通入一氧化碳一段時間后再進行點燃處理尾氣，有毒的一氧化碳就放出空氣中造成污染！多數老師都提出自己的見解，這里展示一個典型的案例，如圖4所示，從洗氣瓶中出來的一氧化碳氣體，在清水槽中進入倒置的漏斗中，在漏斗中一氧化碳達到爆炸極限，點燃爆鳴也只是輕輕將漏斗彈起一下，又恢復原狀！這固然是一種有效的方法，但我感覺這樣處理有點“小題大做、簡單問題復雜化”；這里我根據實際情況，用體積較小的具支試管來代替原來的洗氣瓶（廣口瓶），控制試管上端空氣柱很小，實驗開始后即使發生“小爆炸”產生的氣流也很快從支管口沖出，在實驗中只會聽到輕微的“噗呲”

4.改進后的優點

（1）該實驗中燃燒尾氣體現了一氧化碳的可燃性，但是我們并不能在尖嘴出口看到藍色的火焰，而是黃色火焰，主要緣故是鈉玻璃管中的鈉元素對燃燒火焰的干擾，這里可以將廢舊干電池中的石墨碳棒打磨成中空的碳棒管來代替鈉玻璃管，實驗中能夠明顯的看到藍色的火焰。

（2）該實驗改進后，在一個試管中就完成了兩個重要的實驗內容（一氧化碳氣體的制取和對氧化銅的還原），使得實驗操作簡單方便、難度降低；洗氣瓶裝置的改進，使得尾氣燃燒安全可靠。

（收稿日期：2016-02-10）endprint