纳米氧化铜在中学化学演示实验中的应用研究——碳还原氧化铜实验的改进

任娟 杨东清

(北京市通州区潞河中学北京101149)

纳米氧化铜在中学化学演示实验中的应用研究
——碳还原氧化铜实验的改进

任娟 杨东清

(北京市通州区潞河中学北京101149)

将纳米氧化铜与木炭混合,用研钵研磨后,装入试管,酒精灯加热片刻,即可使氧化铜还原成铜。用此办法对课本实验加以改进,效果良好。

纳米氧化铜;木炭还原氧化铜;铜

一、改进原因

人教版九年级化学教材上册110页实验6-2，木炭还原氧化铜实验，是公认的难做实验，失败在讲台上的案例很多。失败的主要原因是需要较高的温度、固体之间的反应接触面积小、药品之间的比例不合适等原因。高温条件一般必须使用酒精喷灯或带金属网罩的酒精灯加热，反应时间长，实验现象往往不甚明显，达不到演示实验的真正目的。我们改进该实验的目的是增大固体之间的接触面积及增强反应物的活性，降低反应对温度的要求。基于此，我们提出使用纳米氧化铜作为原材料的角度改进实验，收到了理想的效果。目前，纳米材料制备简单，且大多数已经工业化，市场上纳米氧化铜的价格0.42元/克，因此在实验中，提出用纳米氧化铜开展中学实验具有广泛的意义。当普通氧化铜粉体超细化，尺寸达到纳米级时，将使它功能更加独特。纳米氧化铜的表面效应使其具有比表面积大、吸附能力强、反应活性高和选择性强等特点。另外，纳米粒子的表面原子与颗粒的内部原子状态不同，表面原子配位不全等因素使其表面活性位置增加［1，2］。这些条件促使纳米氧化铜能够代替普通的氧化铜进行实验改进，提高实验的成功率并为学生高中学习胶体等内容打下基础，在一定程度上拓展了学生的知识面。

二、实验仪器及试剂

药品：纳米氧化铜粉末，木炭，澄清石灰水。

仪器：铁架台，酒精灯，试管，玻璃导管，单孔橡胶塞等。

图1 木炭还原氧化铜

三、实验仪器装置图

如图1：木炭还原氧化铜（人教版教材上册111页图6-9）。

四、实验部分

1.纳米氧化铜购买或制备。如未购买纳米氧化铜药品，可以教师自行制备，目前纳米氧化铜的制备方法研究已有沉淀法、微乳液法、水热法、醇热法、固相反应法、喷雾热解法、激光蒸凝法、微波沸腾回流法、电化学法等。非常容易制得，本实验中使用的纳米氧化铜采用固相反应法直接制备［3］，反应过程简单，生产成本低，易于实现。

2.以人教版教材上册107页图6-7实验装置图为基础（图1），用加入适量95%的酒精的酒精灯代替金属网罩的酒精灯进行试验，仪器组装如图2所示，将木炭与纳米氧化铜按照1∶10的质量比［4］，混合，并利用研钵研磨10分钟，将混合粉末装入试管中，固定在铁架台上，塞上单孔橡皮塞，将导气管的一端伸入盛澄清石灰水的试管中，用酒精灯的外焰加热试管底部约1分钟。可看到试管中澄清石灰水逐渐变浑浊；随后，试管底的反应物产生红热现象，等试管冷却后，可以清晰地看到纳米氧化铜变成了红色，如图3所示，说明氧化铜被还原成铜。

图2 木炭还原氧化铜改进装置

图3 还原产物铜

五、实验改进的意义

1.实验装置与教材完全相同，无变动，简单、便于操作。

2.反应非常容易进行，碳还原氧化铜实验的成功率大大提高，便于课堂演示实验，解决了实验不成功影响学生对知识的认识与理解问题。

3.该实验中，引入纳米材料，让学生形式多样的学习探究活动，分析问题、解决问题，建构主体知识，体验情感，最终内化为活动成果。为防止单一枯燥的“教师问”、“学生答”的单向活动，在组织学生学习活动时，根据教学的需要，设计丰富多样的活动，让学生保持足够的参与学习兴趣。在概念教学时，指导学生阅读分析，寻找关键词，组织同学辨析；元素化合物性质学习，开展实验探究，让学生猜想、假设、设计方案，分组实验探究或对实验装置的改进等讨论；重点难点内容让学习小组交流、讨论，发表各自观点，完善认知结构。让学生体验不同的学习探究活动，真正体现课本让学生自学，难点疑点让学生讨论，问题让学生思考，结论让学生概括，规律让学生发现。对学生学习活动的评价，不仅要注重结果性评价，如回答问题的正确性，分组实验的成功率，语言表述的流畅性，操作的规范、板演的工整等，更要注重过程、情感的评价，如学习的态度，参与活动的积极性，提问质疑的频率次数和提出问题的有效性。教师以积极的情态表扬、肯定、鼓励学生，组织学生之间相互评价，并在评价中引入竞争机制，以学习小组计分形式，鼓励学生为自己的团队荣誉而积极参与，培养竞争意识和团队精神。

［1］张松才.化学课堂中有效问题设计的原则与策略［J］.中学化学教学参考,2011,(8)

［2］刘玉容.化学教学中实现“过程与方法”目标的策略［J］.中学化学教学参考,2012,(10)

［3］周玲凤.浅谈创设问题情境的功能和策略［J］.化学教学与实验,2009,(6)

1008-0546（2013）04-085-01

G633.8

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10.3969/j.issn.1008-0546.2013.04.037