《木炭还原氧化铜》实验探究

黄艳飞

摘  要：《木炭还原氧化铜》是研究物质的还原性的实验，现行初中教材中仅此一例，其地位比较重要。本人多年从事实验教学工作，经过多次实验对比发现，只要从以下几个方面入手就可获得良好的实验效果：①反应物的选择及处理;②反应容器的选择;③实验装置的改进;④实验装置的创新。

关键词：氧化铜;木炭;试管;导管;酒精灯

《木炭还原氧化铜》实验是研究木炭的还原性，现行初中教材中研究物质的还原性仅此一例（老教材是以氢气为代表研究物质的还原性的），其地位比较重要。让学生获得深刻印象的感性资料，是帮助学生认识物质还原性的关键。

很多教师认为《木炭还原氧化铜》是初中化学教学中较难做的实验，目前教师使用的方法多为用酒精喷灯、用带铁纱网罩的酒精灯或用双嘴酒精灯加热法，本人多次观察同事实验，感到实验成功率太低，还有一些不安全隐患。由于这个实验现象不明显，实验成功率很低，所以在很多的教学参考资料上，常常有改进这个实验的方法。有的实验前把炭粉和氧化铜用水调成糊状，抹在试管中烘，有的在反应物中滴加酒精，有的选用高温热源等等，最终的目的都是为了能让学生观察到明显的实验现象，获得深刻印象的感性资料，加深对物质还原性的理解。多数教师都努力从反应物比例及反应条件这两个方面寻求突破的方法，也取得了一定的成效，但是本人觉得还是不太理想。为此，本人多年从事实验教学工作，经过多次实验对比发现，只要把反应物和反应容器这两个问题处理好了，只用普通的酒精灯作为热源进行加热，三分钟就可以完成实验。

一、反应物的选择及处理

1.选反应物。在实际操作中发现采用不同的木炭和纯度不同的氧化铜粉末进行实验对实验效果有很大的影响，具体影响如下：氧化铜粉末从黑色变成红色这一实验现象在实际操作中往往难以观察;木炭的颜色是黑色，还原后的铜的颜色是红色，本来是很容易分辨的，但却没有观察到，如果温度已足够高、反应物的比例也恰当，那就是药品选取不当导致的实验的失败。在选取药品时应选用表面黑亮多孔的木炭（其水分、杂质含量较少），氧化铜用20﹪工业纯和80﹪的化学纯混合，分别加热除去水分（一定要烘干，否则实验现象不明显），研磨时颗粒要细，混合均匀，装入反应容器时，适度压实，使颗粒间紧密接触，目的是增大反应物的接触面。而且还要使反应物集中一些，那么反应时产生的热量就不易散失。值得注意的是氧化铜的纯度不宜过高，纯度越高反应所需温度就越高，对热源要求也就越高，在一般的实验室条件下很难达到预期的实验效果。

2.控制反应物的用量。木炭还原氧化铜的实验首先要解决的是木炭和氧化铜的用量比，理论上木炭与氧化铜的质量比是12∶159（即1∶13.3）。但若按此量，木炭的用量实际上会不足，因为试管中的空气会消耗一定量木炭，而且木炭也会有一些杂质。因而木炭用量要比理论值偏高，实验证明，如果用20﹪工业纯和80﹪的化学纯混合的氧化铜，木炭还原氧化铜的最佳质量比应为：木炭：氧化铜=1∶10。同时，要控制反应物的总质量，反应物的总质量也会影响实验效果，太多、太少均不好，一般控制在1g以内效果最佳。

二、反应容器的选择

选用Φ15×150mm小试管装研磨细的木炭粉、氧化铜粉混合物，加热时热量集中，有利于反应，加热时间在1～2min左右开始反应，2～3min完成全部实验，试管完好无损。若选用大试管，因为热量被分散，达不到反应温度，致使实验失败;若用导管代替试管，最理想时可以看到玻璃导管内出现一层光亮的紫红色铜镜，效果最佳。另外，如果用酒精喷灯加热，因温度较高，应选用耐高温的硬质试管，用一般的试管会烧红穿孔。

通过对反应物的选取、用量的控制及反应容器的选择，实验成功率极高，本人做该实验从未失败过。

三、实验装置的改进

按课本装置进行实验唯一不足的是在试管冷却过程中，装置与大气相通没有密封，外面的空气沿导管进入试管中，刚被还原出的红色的铜易被氧化成黑色的氧化铜，待倒出粉末后再观察，实验效果就不明显，学生印象不深刻，达不到实验的目的。如果不移出导管也能形成封闭体系，但是移开酒精灯后，试管中的石灰水会倒吸使热的试管炸裂。既然现象不明显是在冷却时装置不密封、空气进入而造成的，只要能阻止空气进入就可以解决个这个问题。因此，本人对该实验装置进行了一些改动：在原装置导管中间接加一小段乳胶管和一个弹簧夹，操作简单且增加的仪器较常见（图1）。实验操作对比：

[原实验具体操作]对混合物加热几分钟后，先撤出导管再熄酒精灯，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上，观察现象并分析。

[改进后实验具体操作]对混合物加热几分钟后，先撤出导管后熄酒精灯并在连接导管的橡皮管处夹上止水夹，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上，观察现象并分析。

这样改进后实验现象非常明显，不需要倒出粉末，学生均能看到试管内的红色固体，印象深刻，不会对木炭的还原性再心存疑惑。

四、实验装置的创新

在课本原装置中如果不移出导管也能形成封闭体系，但是移开酒精灯后，试管中的石灰水会倒吸，如何避免倒吸，防止试管炸裂呢？

[方法一]

在加热装置和检验装置之间加入安全瓶，待实验结束后只需移开酒精灯，这样学生既能观察到红色的铜，又能防止石灰水倒吸入热的试管，与不接安全瓶时石灰水倒吸入热的试管这一现象形成对比。

[方法二]

按照装置要密封的特点，改进实验装置：将导管的一端加工成“V型”，装石灰水，另一端装木炭和氧化铜混合粉末，2厘米长即可，靠近药品的导管端口用肥皂封好（使产生气体流向石灰水的一端），药品的另一侧放少量棉花（防止加热时粉末进入石灰水中），按装置（图2）组装仪器，完成实验。在移走酒精灯后会观察到“V型”管内靠近药品的一端水位较高，又因导管内径小热量集中，使现象更明显，理想时可观察到导管内壁出现一层明亮的紫红色铜境。

改进后，实验效果都不错。特别是方法二，装置简单，可操作性很强，实验全过程绝对安全可靠，教师、学生都可操作。把演示实验改为学生实验，学生积极参与，亲自动手实验获得感性认识，印象更深刻，同时也提高了学生的学习兴趣和实验技能。由此，学生也会联想到用加热高锰酸钾制氧气时，用排水法收集完毕为什么要先从水中移出导管再熄灭酒精灯，这样举一反三，可以帮助学生加深对知识的掌握和理解。

参考文獻

[1]刘正贤.中学化学实验大全[M].上海教育出版社，1997，10.