一氧化碳的可燃性与还原性实验改进*

2019-07-12潘国荣白显圣

中国现代教育装备 2019年12期

潘国荣白显圣黄诚

由于一氧化碳是一种有毒的气体，因此现行初中化学教科书[1-6]中基本上只是保留了一氧化碳还原氧化铁的实验。而一氧化碳还原氧化铁的实验条件是高温，需要用到酒精喷灯，酒精喷灯使用不方便，成功率低，这个实验往往就成了摆设，没有起到应有的作用。应该恢复原来人教版教科书[7]中一氧化碳的可燃性和还原性实验，并作适当的改进，方便学生进行实验探究，使学生从直观上加深对一氧化碳化学性质的认识。

一、教科书中一氧化碳的可燃性、还原性实验设计[7]

【实验1】在盛有一氧化碳的贮气瓶的导管口点火，观察火焰的颜色，把内壁蘸有澄清石灰水的烧杯罩在火焰上(如图1所示)，观察石灰水有什么变化。

图1 一氧化碳燃烧

【实验2】按照图2的装置，在玻璃管里放入氧化铜，通入一氧化碳，并用气球或塑料袋收集尾气，然后加热。仔细观察实验发生的现象。

改进的实验装置，如图3所示。

图2 一氧化碳还原氧化铜

图3 一氧化碳还原氧化铜改进

二、教科书实验装置与方法的不足

教科书在可燃性实验设计中，一氧化碳燃烧时生成二氧化碳，二氧化碳的检验方法不是很严格，在蜡烛燃烧实验改进中已经作了说明[8]。

还原性实验设计中，仪器装置大而笨重，需要一氧化碳比较多，因而一氧化碳逸散到空气中的数量也比较多，操作比较麻烦，不适宜学生作探究实验使用。

三、实验改进与设计

1.可燃性实验改进

(1)改进思路与过程

一氧化碳燃烧放出大量的热量，会使气体体积急剧膨胀，容易发生爆炸，因此，不能选择细口瓶盛放一氧化碳进行燃烧实验，必须使用广口瓶进行实验。一氧化碳燃烧的时间要长一些，为使学生观察现象时更清楚，盛放一氧化碳的容器要深一些。一氧化碳先跟石灰水接触，可观察到一氧化碳不能使澄清石灰水变浑浊。经过对比盛放各种饮料的玻璃瓶后，发现盛放300 mL苹果醋的直型玻璃瓶比较恰当，于是决定用它作为一氧化碳燃烧实验的容器。蓝色火焰在红色背景中更加明显，因此需要将盛放一氧化碳的瓶子置于红色背景中点燃。

(2)实验装置制作

用一个大约2.5 L的直型塑料瓶从中间一分为二，让底部保留大约2 cm的高度完整连接后，剪掉其中一边，并把上部小的部分剪掉。用强力胶固定将两节小玻璃管呈入字型把上部的塑料片支撑开，用双面胶从外面把红纸固定作为背景，称之为“背景屏”，把直型玻璃瓶放在“背景屏”里即得到一氧化碳燃烧实验装置(如图4所示)。

图4 CO燃烧装置

图5 CO燃烧效果1

图6 CO燃烧效果2

图7 CO燃烧效果3

(3)实验操作方法及效果

用排水法收集一瓶一氧化碳，注入2～3 mL澄清石灰水，盖紧瓶盖，振荡，可以看到澄清石灰水不变浑浊(如图8所示)。松开瓶盖，将玻璃瓶放入“背景屏”里，点燃木条，打开瓶盖，用燃着木条点燃一氧化碳。可以看到蓝色火焰慢慢从瓶口向瓶里深入(如图5、图6所示)。通过实验发现，红色背景映衬蓝色火焰比白色更加明显(如图5、图7所示)。一氧化碳燃烧完毕后，盖上瓶盖，振荡，可以看到澄清石灰水变浑浊(如图9所示)。

图8 CO不能使石灰水变浑浊

图9 CO2使澄清石灰水变浑浊

(4)实验改进的优点

第一，用简单的装置和少量的一氧化碳展示了一氧化碳燃烧所形成的蓝色火焰，加深学生对一氧化碳燃烧火焰的直观认识。

第二，让一氧化碳先与澄清石灰水接触，使学生直观地认识到一氧化碳不能使澄清石灰水变浑浊。

第三，由于直接使用纯净的一氧化碳进行实验，简化了实验的操作步骤，提高了实验的效率。

第四，实验操作简便安全，可以用于学生的实验探究活动。

2.还原性实验改进

(1)改进思路

先把一氧化碳置于石灰水上，让学生直观地认识到一氧化碳不能使澄清石灰水变浑浊。直接让灼热的氧化铜置于纯净的一氧化碳气体中反应，反应在封闭的环境中进行，药品用量少，操作简单，安全高效。

(2)实验装置的制作

取一节直径约0.8 cm的细口玻璃管，将一端烧熔封闭(以下简称“封口粗导管”)，插入单孔橡皮塞中，使橡皮塞塞入125 mL集气瓶，封口粗导管下端距离瓶底大约2 cm，在橡皮塞的封口粗导管上用小铜丝紧密缠绕成一段大约1.5 cm的螺旋形铜丝段，把铜丝段移动到距离封口粗导管下端大约1 cm处，将带封口粗导管和铜丝的橡皮塞塞入125 mL集气瓶后，即得到实验装置(如图10所示)。