《木炭還原氧化銅》實驗改進(jìn).docVIP

木炭還原氧化銅實驗改進(jìn) 福建省廈門市翔安第一中學(xué)（361101）陳女婷洪茲田 1原實驗存在問題 義務(wù)教育教科書化學(xué)九年級上冊（人教版）第六單元碳和碳的氧化物課題1金剛石、石墨和和C60中實驗6-2木炭還原氧化銅采用如下方法（如圖1所示）：把剛烘干的木炭粉末和氧化銅粉末混合均勻，小心地鋪放進(jìn)試管，并將試管固定在鐵架臺上。試管口裝有通入澄清石灰水的導(dǎo)管，用酒精燈（可加網(wǎng)罩以使火焰集中并提高溫度，最好使用酒精噴燈）加熱混合物幾分鐘。然后先撤出導(dǎo)氣管，待試管冷卻后再把試管里的粉末倒在紙上，觀察現(xiàn)象并分析。 該實驗裝置簡單，但實驗成功率低，且耗時很長，難以達(dá)到預(yù)期效果，因此多數(shù)教師在實驗中往往采用觀看視頻的方式“巧妙”地避開這一“燙手山芋”。 按照上述方法進(jìn)行實驗，存在如下問題： 1.1實驗準(zhǔn)備過程繁瑣 木炭要干燥且研磨得很細(xì)，且木炭與氧化銅要按照適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量比例（如1：10）配置混合得相當(dāng)均勻；本實驗需要在高溫條件下進(jìn)行，為了達(dá)到這一反應(yīng)條件，通常用酒精噴燈代替酒精燈，或在酒精燈上加上燈罩，使火焰集中以提高溫度；澄清石灰水裝在試管中，需增加夾持固定裝置。 1.2實驗現(xiàn)象不明顯成功率低 若不使用酒精噴燈或酒精燈加熱不加網(wǎng)罩實驗成功率低；木炭和氧化銅都是黑色粉末，還原出的銅是紅色的，當(dāng)反應(yīng)物過量時，還原出的銅粉的紅色會被黑色所覆蓋，很難觀察到銅粉的顏色；在把導(dǎo)管移出液面時，外界空氣就會逆流回灼熱的試管內(nèi)，使剛生成的銅重新被空氣中的氧氣氧化為氧化銅而影響實驗效果。 1.3浪費實驗藥品 實驗所需藥品質(zhì)量較多，且不可重復(fù)使用，不符合綠色化學(xué)理念。 1.4實驗存在安全隱患 停止加熱前若不及時把導(dǎo)管移出石灰水液面，石灰水容易倒吸而使試管破裂，同時給混合物的分離造成困難。若用酒精噴燈加熱，其加熱溫度過高；若用一般的試管加熱，加熱太久容易使試管燒紅穿孔甚至熔化。 1.5實驗耗時太長 整個實驗準(zhǔn)備過程繁瑣，耗時長，且反應(yīng)后須等混合物完全冷卻后才能從試管中倒出。 2創(chuàng)新設(shè)計思路 2.1實驗藥品的改進(jìn) 木炭還原氧化銅的實驗是固體反應(yīng)物間的反應(yīng)，使用顆粒更小的反應(yīng)物，可以增大反應(yīng)物的接觸面積，有利于反應(yīng)的進(jìn)行。改進(jìn)后的實驗用粉末狀的活性炭代替塊狀的木炭，可以減少研磨的操作，同時提高反應(yīng)速率。 將下端繞成螺旋狀銅線在空氣中灼燒使下端變?yōu)楹谏垣@得氧化銅，以此新制的氧化銅（如圖2所示）來代替原來的氧化銅粉末。繞成螺旋狀可以增大反應(yīng)物間的接觸面積。 2.2實驗裝置的創(chuàng)新 如圖3所示，用具支試管代替大試管，將固體粉末加熱改為豎直向上。將銅絲上端插入橡皮塞小頭中間，伸入具支試管的底部，在活性炭的上方放一團(tuán)棉花。具支試管的支管口與導(dǎo)管之間連接一段有彈性的橡皮管，并增加一個止水夾。將盛有澄清石灰水的試管換成小燒杯。 2.3實驗操作 （1）取剛從銅導(dǎo)線上剝下來的嶄新的1.0mm2銅線，在玻璃棒上繞成螺旋狀，將銅線上端插入橡皮塞小頭中間，同時使具支試管塞緊橡皮塞時螺旋狀銅線能與具支試管底部接觸。 （2）連接好裝置，檢查裝置的氣密性。 （3）將下端繞成螺旋狀的銅線裝在敞口的試管內(nèi)，用酒精燈火焰加熱試管，直至下端螺旋狀的銅線變成黑色的氧化銅。 （4）將此黑色的氧化銅伸人20mm200mm的具支試管的底部，往具支試管內(nèi)加入已預(yù)先熱處理的活性炭粉末，直至活性炭粉末完全覆蓋黑色的螺旋狀“銅線”，并在上方塞一團(tuán)棉花，塞緊橡皮塞，把導(dǎo)管末端伸人盛有澄清石灰水的小燒杯。 （5）打開止水夾，用酒精燈給具支試管加熱，等導(dǎo)管不再向石灰水中冒氣泡時，先用止水夾及時夾緊橡皮管再移走酒精燈。 （6）稍微冷卻后取出帶銅線的橡皮塞，放人冷水中，洗去表面的炭粉，觀察到下端原本黑色的氧化銅又變成紅色的銅。 3創(chuàng)新點評析 3.1實驗操作簡便快捷 不用研磨木炭；不用稱量氧化銅和木炭的質(zhì)量；不需要混合氧化銅和木炭；將固體粉末加熱改為試管豎直向上，直接用酒精燈加熱即可（無需用酒精噴燈或在酒精燈上加上燈罩）；將盛有澄清石灰水的試管換成小燒杯，不用夾持固定，驗證操作更方便；實驗后的銅線只需稍微冷卻后即可取出，不必等混合物完全冷卻后才從試管中倒出混合物。 3.2實驗現(xiàn)象明顯成功率高 通過對比上端紅色的銅線和下端灼燒生成的黑色的氧化銅的顏色，有利于增強學(xué)生對銅和氧化銅二者顏色的記憶；生成的銅容易與表面附著的活性炭分離，易于觀察到銅的顏色。 3.3節(jié)約藥品 剩余的活性炭可以繼續(xù)使用，實驗后的銅線可以循環(huán)使用（理論上銅線質(zhì)量不會損耗），節(jié)約了藥品，符合綠色化學(xué)理念。 3.4實驗安全 將固體粉末加熱改為試管豎直向上，可以避免使用酒精噴燈時加熱溫度過高使試管熔化；用一團(tuán)棉花隔離，可以避免活性炭粉噴人導(dǎo)管內(nèi)而發(fā)生堵塞現(xiàn)象；先關(guān)閉止水夾再移走酒精燈，既能避免實驗結(jié)束后石灰水倒流，又能阻止空氣中的氧氣進(jìn)入，防止生成的銅重新被氧化。 3.5增進(jìn)學(xué)生對木炭還原氧化銅原理的理解 通過補充銅與空氣中的氧氣反應(yīng)生成氧化銅這一反應(yīng)事實，聯(lián)系氧化銅與碳反應(yīng)