《木炭还原氧化铜》实验改进
福建省厦门市翔安第一中学（361101） 陈女婷 洪兹田
1 原实验存在问题
义务教育教科书化学九年级上册（人教版）第六单元《碳和碳的氧化物》课题1《金刚石、石墨和和C60》中[实验6-2]木炭还原氧化铜采用如下方法（如图1所示）：把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地铺放进试管，并将试管固定在铁架台上。试管口装有通入澄清石灰水的导管，用酒精灯（可加网罩以使火焰集中并提高温度，最好使用酒精喷灯）加热混合物几分钟。然后先撤出导气管，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。
该实验装置简单，但实验成功率低，且耗时很长，难以达到预期效果，因此多数教师在实验中往往采用观看视频的方式“巧妙”地避开这一“烫手山芋”。
按照上述方法进行实验，存在如下问题：
1.1 实验准备过程繁琐
木炭要干燥且研磨得很细，且木炭与氧化铜要按照适当的质量比例（如1：10）配置混合得相当均匀；本实验需要在高温条件下进行，为了达到这一反应条件，通常用酒精喷灯代替酒精灯，或在酒精灯上加上灯罩，使火焰集中以提高温度；澄清石灰水装在试管中，需增加夹持固定装置。
1.2 实验现象不明显 成功率低
若不使用酒精喷灯或酒精灯加热不加网罩．实验成功率低；木炭和氧化铜都是黑色粉末，还原出的铜是红色的，当反应物过量时，还原出的铜粉的红色会被黑色所覆盖，很难观察到铜粉的颜色；在把导管移出液面时，外界空气就会逆流回灼热的试管内，使刚生成的铜重新被空气中的氧气氧化为氧化铜而影响实验效果。
1.3 浪费实验药品
实验所需药品质量较多，且不可重复使用，不符合绿色化学理念。
1.4 实验存在安全隐患
停止加热前若不及时把导管移出石灰水液面，石灰水容易倒吸而使试管破裂，同时给混合物的分离造成困难。若用酒精喷灯加热，其加热温度过高；若用一般的试管加热，加热太久容易使试管烧红穿孔甚至熔化。
1.5 实验耗时太长
整个实验准备过程繁琐，耗时长，且反应后须等混合物完全冷却后才能从试管中倒出。
2 创新设计思路
2.1 实验药品的改进
木炭还原氧化铜的实验是固体反应物间的反应，使用颗粒更小的反应物，可以增大反应物的接触面积，有利于反应的进行。改进后的实验用粉末状的活性炭代替块状的木炭，可以减少研磨的操作，同时提高反应速率。
将下端绕成螺旋状铜线在空气中灼烧使下端变为黑色以获得氧化铜，以此新制的氧化铜（如图2所示）来代替原来的氧化铜粉末。绕成螺旋状可以增大反应物间的接触面积。
2.2 实验装置的创新
如图3所示，用具支试管代替大试管，将固体粉末加热改为竖直向上。将铜丝上端插入橡皮塞小头中间，伸入具支试管的底部，在活性炭的上方放一团棉花。具支试管的支管口与导管之间连接一段有弹性的橡皮管，并增加一个止水夹。将盛有澄清石灰水的试管换成小烧杯。
2.3 实验操作
（1）取刚从铜导线上剥下来的崭新的1.0mm2铜线，在玻璃棒上绕成螺旋状，将铜线上端插入橡皮塞小头中间，同时使具支试管塞紧橡皮塞时螺旋状铜线能与具支试管底部接触。
（2）连接好装置，检查装置的气密性。
（3）将下端绕成螺旋状的铜线装在敞口的试管内，用酒精灯火焰加热试管，直至下端螺旋状的铜线变成黑色的氧化铜。
（4）将此黑色的氧化铜伸人20 mm×200 mm的具支试管的底部，往具支试管内加入已预先热处理的活性炭粉末，直至活性炭粉末完全覆盖黑色的螺旋状“铜线”，并在上方塞一团棉花，塞紧橡皮塞，把导管末端伸人盛有澄清石灰水的小烧杯。
（5）打开止水夹，用酒精灯给具支试管加热，等导管不再向石灰水中冒气泡时，先用止水夹及时夹紧橡皮管再移走酒精灯。
（6）稍微冷却后取出带铜线的橡皮塞，放人冷水中，洗去表面的炭粉，观察到下端原本黑色的氧化铜又变成红色的铜。
3 创新点评析
3.1 实验操作简便快捷
不用研磨木炭；不用称量氧化铜和木炭的质量；不需要混合氧化铜和木炭；将固体粉末加热改为试管竖直向上，直接用酒精灯加热即可（无需用酒精喷灯或在酒精灯上加上灯罩）；将盛有澄清石灰水的试管换成小烧杯，不用夹持固定，验证操作更方便；实验后的铜线只需稍微冷却后即可取出，不必等混合物完全冷却后才从试管中倒出混合物。
3.2 实验现象明显成功率高
通过对比上端红色的铜线和下端灼烧生成的黑色的氧化铜的颜色，有利于增强学生对铜和氧化铜二者颜色的记忆；生成的铜容易与表面附着的活性炭分离，易于观察到铜的颜色。
3.3 节约药品
剩余的活性炭可以继续使用，实验后的铜线可以循环使用（理论上铜线质量不会损耗），节约了药品，符合绿色化学理念。
3.4 实验安全
将固体粉末加热改为试管竖直向上，可以避免使用酒精喷灯时加热温度过高使试管熔化；用一团棉花隔离，可以避免活性炭粉喷人导管内而发生堵塞现象；先关闭止水夹再移走酒精灯，既能避免实验结束后石灰水倒流，又能阻止空气中的氧气进入，防止生成的铜重新被氧化。
3.5 增进学生对木炭还原氧化铜原理的理解
通过补充铜与空气中的氧气反应生成氧化铜这一反应事实，联系氧化铜与碳反应生成铜和二氧化碳的反应。师生通过反复分析这两个过程中铜、氧化铜得失氧的情况（即铜得到氧变成氧化铜，氧化铜失去氧变成铜），帮助学生认识得氧、失氧这一抽象内容，增进学生对木炭还原氧化铜原理的理解。
收稿日期：2015-01-26
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