楊道華　李清

摘要：“木炭還原氧化銅”是人教版化學上冊第六單元教材中的一個演示實驗，按照教材中的操作反應(yīng)時間過長，實驗現(xiàn)象不明顯。而改用小試管和家用噴火槍之后，微小精悍，屢試屢驗。

關(guān)鍵詞：實驗改進小試管噴火槍

“木炭還原氧化銅”是人教版九年級化學教材上冊第111頁中的一個重要的演示實驗，這個實驗許多教師演示時很難做出明顯的效果。筆者在《中學化學教學參考》2010年第1、2期發(fā)表的《碳還原氧化銅產(chǎn)物的探究》中曾經(jīng)對反應(yīng)的藥品及配比做過重點探究，達到較好的效果，但很多教師在此方法的嘗試中效果往往不盡如人意。因此，筆者和同事開始了進一步的探究，重點在儀器和裝置的探究上。筆者查閱了相關(guān)文獻，對實驗進行了大膽的改進和探究，摸索出幾種效果明顯、操作簡單的實驗方法。改進后的實驗，操作簡便、節(jié)約藥品、綠色環(huán)保、實驗現(xiàn)象明顯。

一、教材中實驗的不足之處

教材中的實驗存在三處不足之處。

1.對藥品自身質(zhì)量和配比要求嚴格。用普通的木炭粉或活性炭粉等做實驗，實驗現(xiàn)象不夠明顯。即使采用分析純木炭與氧化銅按照合適的質(zhì)量配比達到明顯的實驗效果，但存放一段時間后，有經(jīng)常達不到剛配比時的效果的情況，導致實驗現(xiàn)象不明顯。

2.實驗準備煩瑣，攜帶不便。需要準備鐵架臺、試管、單孔膠塞和導氣管、小燒杯、酒精燈、氧化銅、木炭粉和石灰水，實驗儀器與藥品的準備比較麻煩。

3.實驗持續(xù)時間長，實驗現(xiàn)象不明顯。用酒精燈加熱的熱效太低，持續(xù)數(shù)分鐘都很難出現(xiàn)實驗現(xiàn)象。即使偶然出現(xiàn)黑色粉末變紅的現(xiàn)象，待到冷卻以后，倒出來的固體也很難是紅色的粉末，仍舊是黑色的粉末。最終導致實驗失敗，教師于是草草結(jié)束實驗。

正因為以上原因，教師們教學此內(nèi)容的時候，基本上放棄了演示實驗的環(huán)節(jié)，改成了枯燥保守的理論說教，或者直接用播放視頻來代替，錯過了師生在真正實驗教學中共同學習的時機。

二、問題的提出

實驗持續(xù)時間過長和實驗現(xiàn)象不明顯的主要原因是什么呢？我們展開了猜想和分析。

1.溫度過低。相關(guān)論文研究發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)紅色的銅是因為生成熔融狀態(tài)的銅的顆粒，但溫度過低也可能產(chǎn)生CuO，而出現(xiàn)熔融的物質(zhì)要求此實驗的溫度應(yīng)該在600 ℃以上，酒精燈外焰加熱的溫度應(yīng)該較低，遠遠低于600 ℃。所以常規(guī)實驗現(xiàn)象不明顯，且可能產(chǎn)生CuO。

2.“封閉”體系不好。原裝置貌似封閉，實則裝置內(nèi)殘留的空氣始終無法排除，滯留在裝置中，只是暫時被產(chǎn)生的CO向下驅(qū)趕至試管口，待到溫度降下來之后，CO密度會變大，CO下沉，空氣會上浮，空氣中的氧氣會與紅熱的銅反應(yīng)生成氧化銅，紅色的粉末會再次變黑。

三、實驗的驗證

（一）酒精燈加熱時候，試管中的溫度

碳還原氧化銅的實驗，熱力學不需要很高的溫度，但由于動力學的緣故，固固反應(yīng)的復(fù)雜性，木炭還原氧化銅需要的溫度在600 ℃以上。

根據(jù)《實驗教學與儀器》中的一篇關(guān)于酒精燈火焰溫度的介紹，再綜合考慮酒精燈燈芯的粗細長短、加熱時間，所選的火焰的位置等因素，酒精燈火焰的理想溫度尚且很低（一般不到600 ℃），受熱物質(zhì)的實際溫度高于400 ℃的可能性不大。

另外，考慮試管熔化的溫度，即玻璃的軟化點是519 ℃，書中的實驗說明用酒精燈加熱的方法，真正做起書上的實驗，試管都沒有軟化，木炭還原氧化銅溫度就不可能達到600 ℃。

實際上，加熱大約1分鐘后，用紅外探測儀測得試管內(nèi)溫度是369 ℃。

四、實驗的改進

（一）改進熱源和反應(yīng)容器

1.為了解決加熱源的問題，我們采用了市場出售的CAMPINGMOON多功能家用噴火槍（MT2915型），其溫度可以調(diào)節(jié)到1300 ℃，電子打火，操作方便。

2.“封閉”體系問題的解決：取一根普通的導氣管，用家用噴火槍把導氣管從中間燒化，封閉細口徑玻璃管的一端，做成兩個細口徑小試管待用。

（二）實驗器材

1.實驗儀器：家用噴火槍一個;上述自做的小試管1支;試管夾一個;藥匙一個。

2.實驗藥品：按照配比1∶13（最好木炭偏多一點，目的是使氧化銅完全反應(yīng)）混合木炭和氧化銅粉末。

（三）實驗步驟

1.裝藥：把混合后的藥品，用藥匙小的一端，略取少許，加入自制的小試管。

2.固定：用試管夾夾住小試管的中上部。

3.點火：打開電子噴槍。

4.加熱：先來回移動，充分預(yù)熱，然后固定加熱。

5.觀察：觀察實驗時的現(xiàn)象;觀察試管冷卻后的現(xiàn)象。

五、實驗與分析

（一）采取豎直加熱的方式，火焰集中，藥品受熱充分，溫度提升快（實測溫度超過800 ℃），加熱20秒，就能觀察到實驗現(xiàn)象，所用時間比原實驗方案明顯縮短，實驗現(xiàn)象十分明顯。

（二）所用藥品的質(zhì)量和配比要求，不必那么嚴苛，而且采取微型實驗，節(jié)約了藥品。所用的木炭粉，無論什么樣的質(zhì)量，甚至紙屑燃燒的灰燼、活性炭的粉末都行;配比的要求也不必那么嚴格;微型實驗所用的藥品較少，節(jié)約了藥品。

（三）加熱源的改進，取材來自市場，取材廣泛，方便操作且易控制高溫，安全可靠。

（四）形成的體系，氣體不容易對流，相對穩(wěn)定。因為內(nèi)徑很小，所以產(chǎn)生的CO2不易和空氣形成對流，而且很容易把空氣趕出小試管外，這樣，就形成了相對封閉的無氧環(huán)境，可以有效防止高溫下的銅粉再次被氧化成黑色的氧化銅。

（五）節(jié)約器材。該實驗中，由于生成的銅粉是微小的熔融的顆粒狀，會鑲嵌在小試管的內(nèi)壁里，做完實驗的試管等于報廢，而改用導氣管做成的小試管，因為是用廢掉的導氣管做的，所以做到了節(jié)約器材。

（六）實驗產(chǎn)物驗證為銅

為了防止生成物是CuO，可以向生成物中加入稀硫酸，根據(jù)CuO+HSO₄CuSO+Cu+HO，不見溶液變藍，說明實驗是成功的。

六、總結(jié)和反思

經(jīng)過以上研究分析，總結(jié)反思如下。

（一）此法對氧化銅的質(zhì)量要求較低，對木炭粉的要求不嚴。木炭粉只要為粉末狀即可，不必為180目以上，甚至燒過的灰燼或碾碎的活性炭，都是很好的藥品。

（二）木炭與氧化銅的配比為1∶13或略大些為好。

（三）熱源為電子噴槍，溫度易調(diào)節(jié)，且操作方便。

（四）不必烘干藥品，只需要操作時先預(yù)熱好，把冷凝水烘出玻璃管或趕到玻璃管的上端（因為所用藥品少，冷凝水不會多，所以掛在內(nèi)壁上，不會流下來）即可。

（五）采取一段封閉的玻璃管，產(chǎn)生的CO不會與空氣形成對流，形成了沒有氧氣的封閉的環(huán)境。

參考文獻：

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[4]凌一洲.基于DIS高溫傳感器探究酒精燈火焰的溫度[J].實驗教學與儀器，2015（5）：6365.

責任編輯：唐丹丹