“木炭還原氧化銅”實驗的改進

蔣發強

摘要：在人教2012版九年級化學教材上冊第六單元，教材第111頁中“用木炭還原氧化銅”實驗，是初中化學教學中一個比較重要的實驗。由于氫氣還原氧化銅已經刪除，而一氧化碳還原氧化銅已經不安排實驗，因此，這一實驗如果不能成功完成的話，那么，學生并沒有更多機會獲得“還原反應”的感性認識了。因此，對這一實驗進行了長期關注與研究，并借鑒許多專家、同行的成果，進行了必要的改進，現在，這一實驗已經有成熟的做法。

關鍵詞：化學教學 “木炭還原氧化銅” 還原反應

一、實驗原型

實驗6-2中，“用木炭還原氧化銅”的裝置圖：

據筆者了解，過去一些教師也曾經照本宣科，依葫蘆畫瓢，但是往往失敗。顯然，教材的這個實驗，編者也進行了多次修改。但是，橫式加熱這一點從來未變。只是加熱的方法進行過多次修改，曾經使用酒精噴燈，后來又改為酒精燈，但加了網罩。顯示出編者對重點的提示，就是要重視加熱的質量。但是，許多教師可以沒有對這一點給予充分的重視，加之忽視其他實驗細節，所以實驗仍然難以獲得滿意的效果。

許多老師后來改用了豎式加熱的方法，成功率確實很高，我也在一段時間里采用這種加熱方法，成功率為100%。但是，這一加熱方法與課本的描述不符，確實，加熱固體的時候，試管口應當向下傾斜，以防止冷凝水流到灼熱的試管底部，造成試管破裂，給實驗造成不利的影響和后果。既然豎式加熱可以改善試管受熱的情況，那么，我覺得我們也應當可以通過必要的改進，找到試管橫放時保證加熱效果的方法，從而使實驗成功完成。通過幾十次的實驗摸索，我終于找到了這樣的方法。

二、實驗的改進

根據實驗失敗可能的原因，進行針對性的改進。采取的措施如下：

反應物：氧化銅，木炭。

混和比例：大約10︰1

處理方法：按比例稱取上述物質，放在研缽里仔細地，充分地研磨，力度要大一點，時間長一點，要有沖擊的力度。為了加大研磨力度，可以為通常使用的研缽的杵加裝一個比較長的較粗的把。把木炭和氧化銅按照上述比例放在燒杯等容器里快速振蕩，使其充分混和均勻。實驗方法如下：

1.關于反應容器的選擇及藥品裝填。把上述反應混和物裝入試管里，試管的規格以小一點的比較好，但是要注意與橡皮塞的匹配。例如，18X180，藥品使用量可以在5克左右，用玻璃棒壓緊。以期確保反應快速，持續進行。

2.關于加熱的措施。采用橫式加熱，并采用雙頭酒精燈加熱，火焰周圍加網罩。為了給反應混和物集中加熱，保溫，使反應迅速地以較大規模啟動，并快速蔓延，最終完成，可以采用雙頭酒精燈加熱。據實驗，反應一般在加熱到2分鐘的時候開始迅速啟動，并在幾秒鐘內完成。這時，反應混和物發出明亮的紅光，并逐步蔓延擴散至全部反應物，伴隨大量氣體冒出，幾秒鐘后逐漸變暗，氣體不再冒出。

如果反應不能迅速啟動，那么其中容易反應的部分可能會進行分散的，烈度較低的反應，生成物將會妨礙反應的繼續進行。導致實驗不能取得滿意的效果。據實驗，如果反應不能在3分鐘內完成，那么，即使加熱的時間再長，如加熱5分鐘，也不能重新啟動大規模的反應。

采用自制的雙頭酒精燈，兩個頭的距離比較近，約2～3厘米，使用時，火焰的高度明顯比普通的酒精燈高。而且酒精燈應加網罩（用不銹鋼網制作），一般認為會使火焰比較穩定，并稍提高火焰的溫度，提高加熱的效率。

3.關于防止粉末沖出等的措施。用一支小試管，規格12X80，壓住反應混和物，同時保留氣體通道。然后小試管的后面是不銹鋼網，試管口附近放有棉花。試管口放一團棉花的作用是：由于反應十分激烈，會有大量粉末飛出，棉花可以阻止反應混和物粉末沖入石灰水中，干擾二氧化碳的檢出。棉花的前方放置一團不銹鋼絲網的作用是：可以阻擋大部分反應混和物沖出，并防止整塊熾熱的反應混和物被氣流沖起后可能與棉花接觸引發燃燒與爆炸的危險。

上述措施，有利于反應迅速，連續地進行，并保證二氧化碳的檢驗免受干擾。據實測，反應一般在加熱后1～2分鐘內啟動，并在幾秒鐘內迅速蔓延完成。

4.關于防止倒流的措施。實驗結束時，為了防止液體倒吸，先撤出導氣管，后熄滅酒精燈。但問題是，在撤出導氣管的同時，外界空氣就會逆流回到灼熱的試管內，可能會使試管內剛生成的紅色銅在高溫下又被空氣中的氧氣氧化為黑色的氧化銅，這會影響實驗的效果，實驗設計不夠嚴謹。借鑒測定空氣中氧氣含量的實驗中，利用止水夾來控制倒吸現象的實例。我認為，在“用木炭還原氧化銅”的實驗中，也可以利用止水夾對導氣管進行封閉。

三、實驗改進后的優點

1.改進后的實驗，加熱設計較科學、嚴謹，措施針對性強，反應順利進行。

2.根據實驗需要，采取多重防護措施，有效地防止了反應混和物粉末沖出、可能導致棉花燃燒、以及氣體管道堵塞，黑色粉末進入石灰水，干擾二氧化碳的檢出的現象等故障的發生。

3.利用止水夾及時封閉氣體管道，既能阻斷液體倒吸，又能防止產物中的銅再被氧化，實驗設計更嚴謹。

4.用錐形瓶盛裝澄清石灰水驗證反應的發生，不用夾持或固定，重心低，不會因導管較長而使容器翻倒。