談談“ＣＯ還原ＣｕＯ（Ｆｅ_２Ｏ_３）”實驗中一些不容忽視的問題

文章編號：1005－6629(2008)06－0011－02中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：C

實驗室制CO和用CO還原CuO(Fe2O3)是中學化學教學中一個非常傳統的演示實驗，以下幾個問題或許還需要我們有進一步的認識。

1CO的發生裝置(如右圖)，是應該把甲酸(HCOOH)裝在燒瓶(分液漏斗)中， 還是應該把濃H2SO4裝在燒瓶(分液漏斗)中， 抑或是兩者具有隨意性呢？

下表所列文獻序號1～3是高校教材的要求，序號4～7是歷年來中學化學教材和中學化學教輔資料的要求和規范。

可見，如果以有書為證，文獻為據，甲酸和濃硫酸應該裝放在什么容器中，應該是有隨意性的。

在對傳統文獻的認識上，筆者擬想再作以下幾點補充想必是有益的。

第一，在甲酸與濃H2SO4裝放的位置上，筆者認為把濃H2SO4放在燒瓶里，甲酸放在漏斗中最為合理。原因是：濃H2SO4的沸點(338℃)遠高于甲酸的沸點(100.5℃)。實驗時，先在燒瓶中加入適量的濃H2SO4，然后再逐滴加入定量甲酸。兩種溶液混合時放出的熱量足可以使溶液溫度上升到45℃～50℃。在不加熱的條件下，這個溫度就有適宜于收集CO的反應速度，產生大量CO。只當生成氣體速度減慢時，再稍微加熱，以使反應溫度維持在50℃～60℃為宜。由于甲酸在過量濃H2SO4的作用下脫水充分，可以制得接近理論產量的CO氣體(1mL-1.22g甲酸在室溫下可以脫水制得600mL～620mL CO)。如果相反的放置，即把甲酸放入燒瓶，濃H2SO4裝入分液漏斗中進行實驗，勢必容易形成甲酸過量，而且甲酸容易被蒸(餾)出來， 形成大量白色的甲酸酸霧。這時，如果在導氣管口點燃(要驗純)， 實際燃燒的可燃物會有較多的甲酸蒸氣。

第二，在甲酸與濃H2SO4的用量上，以體積比為1∶5為宜。例如，把1mL甲酸逐滴加入到5mL濃H2SO4中，混合時放出的熱量，即可以把混合液的溫度升高到45℃～50℃，使反應劇烈發生，生成的CO氣流在導氣管口點燃時，可持續燃燒呈淡藍色火焰。在實驗時，甲酸的實際用量都在1mL～2mL之間，這個用量可以收集到1L左右的CO，完全可以滿足一般課堂演示實驗的氣體用量。

2如何做好CO還原CuO(或Fe2O3)的演示實驗

2.1加熱反應物之前不要忘了檢驗CO的純度

CO是常見的可燃性氣體。任何可燃性氣體與空氣混合都要考慮有可能爆炸的不安全性因素的問題。下表羅列了幾種常見可燃性氣體與空氣混合的爆炸極限和燃點。據此不難判斷，表內所列幾種常見可燃性氣體，它們的爆炸危險性大小關系是：乙炔>氫氣>CO>甲烷。

CO與幾種常見可燃性氣體跟空氣混合的

爆炸極限及燃點(101kPa)

如下圖所示裝置，用酒精燈隔著直玻管給反應物(CuO或Fe2O3)加熱，當溫度達到CO的燃點，如果CO的體積分數在爆炸極限內，這是很不安全的，有可能發生爆炸。據文獻數據，一般酒精燈火焰的最高溫度可達到665.5℃，加了防風罩的酒精燈的火焰最高溫度可達到783℃，都高于了CO的燃點。可見，未經驗純的CO，直接用酒精燈加熱玻璃管內的反應物部位，和點燃尾氣的操作的不安全因素是不容忽視的。

2.2解決好用酒精燈加熱反應物和處理反應后的尾氣

如果用甲酸與濃硫酸反應生成的CO中混有空氣，而且是在爆炸極限以內，點燃前后兩個酒精燈，都會有爆炸的危險。前者是在直玻管和CO發生裝置內發生爆炸，后者是在盛有石灰水的洗氣瓶內的空間發生爆炸。為使實驗萬無一失，筆者建議在加熱CuO(或Fe2O3)之前， 取一支試管用排水法在尾氣管處(接一個導氣管)收集CO， 反復進行驗純(像氫氣的驗純)實驗，以確保實驗是安全的。其次，為了最大限度的克服實驗的不安全因素，可以在洗氣瓶中多加一些澄清石灰水，以給洗氣瓶盡可能少留下一些空間。

2.3應當規范實驗結束時的操作

在說課的過程中我們曾多次討論，在實驗結束時是應當先熄滅反應部位的酒精燈？還是應當先停止通CO？

眾所周知，在氫氣還原CuO的實驗中，實驗的最后操作是先停止加熱后，還要繼續通入氫氣，直到試管冷卻，目的是防止生成的銅重新被空氣氧化成CuO。CO還原CuO(或Fe2O3)的實驗里，盡管CO還原CuO的反應是在密閉的還原性空間內進行的，實驗結束后只要不拆散裝置，空氣不會進入直玻管中，不存在生成的銅被空氣氧化的問題。但是，如果停止加熱后不繼續通入CO，有可能造成洗氣瓶中的澄清石灰水倒流回直玻管中，會造成直玻管炸裂。所以筆者認為，在停止加熱后還應當繼續通入CO，以防澄清石灰水倒流的不安全事故的發生，直至玻管冷卻至室溫。從這一點操作上講，用氫氣還原CuO(或Fe2O3)與用CO還原CuO(或Fe2O3)， 在原理上是相同的。

實驗者注意，只要發生裝置內還有CO氣體在生成，也就還有CO從洗氣瓶的尾氣管口流出，處理尾氣的酒精燈不能熄滅，讓它繼續發揮處理尾氣的作用。

參考文獻：

[1]劉懷樂. 中學化學實驗與教學研究[M]. 重慶:西南師大出版社，1996， 55-56.

[2]劉懷樂.中學化學教學實證與求索.重慶: 西南師大出版社，2002. 12-13.

[3]初中化學教材圖片. http://www.sxlfyz.cn/hxjxw/new_page_ 453.htm.

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