木炭还原氧化铜实验的改进

沙湖中学  阳闻洲 谢先飞

化学是一门以实验为基础的学科。在初中化学课教学中，包含了许多的演示实验、分组实验、课外实验等各类型的实验总计百余个。在这些实验中，有个别实验由于种种原因，一般很难成功。但有些难做的实验只要稍加改进便可收到事半功倍的效果。

木炭还原氧化铜在初中阶段是一个很重要的实验。在我市采用的人教版义务教育课程标准实验教材《化学》九年级上册中，学生是从这个实验中初次接触还原反应的，该实验在整个化学学习中是一个很重要的实验。所以本次实验的成功与否至关重要。

1、原实验

在教材中该实验是采用经烘干的木炭粉末和氧化铜粉末共同加热来进行的。但笔者在实际操作中发现采用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。但是，使用氧化铜粉末与碳粉混合物作为药品，当木炭粉或氧化铜粉末过量时，实验后铜粉的红色都会被黑色所覆盖，很难观察到铜粉的颜色。实验操作步骤在实际中难以完成；使用氧化铜粉末，必须等混合物完全冷却后从试管中倒出。虽然木炭粉末经过烘干，但是因为木炭特别是粉末具有较强的吸附能力，在实验后还是无可避免的在试管中凝聚了一些水，这给转移混合物造成了一定的困难。

2、改进后的实验

针对原实验的以上不足，我尝试把原实验中的氧化铜粉末改成表面覆盖有一层氧化铜的铜片进行实验。发现实验现象非常明显，而且操作简便，还能达到对比实验现象的效果。具体操作步骤如下：

取一片长约7-8cm，宽约1cm的铜片，把表面可能存在的氧化物用砂纸除去。

在酒精灯上加热，使之表面生成一层氧化铜，如右图所示。

 或把铜片烧红后立即伸入到集满氧气的集气瓶中，经过这样处理的铜片表面的氧化铜更均匀，实验的效果更明显。为了达到对比的效果，不要把整片铜片都镀上氧化铜，但在平时的课堂操作中，在空气中处理也可以达到不错的实验效果。

在一干燥的试管中装入不超试管容积的木炭粉末经烘干处理，把覆有氧化铜的铜片埋在木炭粉末里。按上图所示装配好仪器。加热。

观察到澄清石灰水变浑浊后，移走导管，停止加热。待试管逐渐冷却后，用镊子把铜片夹出。洗净铜片表面的碳粉，观察现象。

3、注意事项

给铜片镀上的氧化铜最好是新制的，笔者发现使用隔天镀上的氧化铜的效果不是很理想。最好在上课前提前十分钟处理好铜片。

4、体会

使用覆盖有氧化铜的铜片代替氧化铜粉末具有操作简便、现象明显、便于观察现象的特点，而且实验后的铜片可以循环使用，在很大的程度上节约了药品。

在课本中要求将木炭先烘干后，再进行实验。经查询各种资料得知，先干燥的目的是为了增加木炭的活性。但在常温下干燥木炭，只能去除其中的水分，使木炭的活性在一定程度上得到增强，还未能使木炭的活性恢复或增强到最佳状态，因木炭中吸附的有机物等杂质在常温下不能从木炭的孔道中脱附。如果在做实验前烘烤，则操作麻烦，在研磨时也不如含有一定水分的木炭那样容易研细。因此我采用了先用小火加热再用较大的火加热的方法来做这个实验。先用小火加热的目的是为了提高木炭和氧化铜的活性，并使其活性达到最佳状态。因为用小火加热，将木炭中吸附的水和低沸点有机物在100℃以下被气化除去，当温度上升至100℃—350℃时，有机物脱附，当温度上升至350℃以上时，有机物分解。同时，在用小火加热过程中，混合物中混有的空气也有足够的时间，以气态释放出去，从而避免了木炭和空气中的氧气发生氧化反应而损耗，这是对木炭进行常温干燥所不能达到的效果。如果一直用大火加热，由于木炭和氧化铜的混合，木炭中的孔道被堵塞，孔道中的有机物等杂质来不及挥发或炭化时间极短，残留的有机物炭化后未能形成孔道。即在木炭的活性还未增强时，木炭已达到燃点而被大量烧失，从而影响了混合物中各组分的比例，致使实验结果较差或使实验失败。但如果先用小火加热后，木炭达到燃点的时间得到延长。有机物等杂质有足够时间挥发，并且在小火加热的后期逐渐炭化，当改用较大的火后，木炭孔道中的残留的有机物被很快炭化和气化分解，孔道进一步畅通，木炭的活性得以进一步恢复或增强，这就使氧化反应的速率大大加快，由于混合物已受小火较长时间的加热，试管中各处反应物的活性都得到均匀的增强，在用小火加热后，再改用较大的火加热时就不会发生使接触试管壁一面的混合物发生过热、产生喷涌现象。当用较大的火加热到一定的时间后，上面的混合物和下面的混合物就几乎同时发生剧烈的氧化还原反应。

通过上述的一些改进，使这一实验的成功率大大提高，并简化实验步骤。另外，有时由于没有酒精喷灯或煤气灯，达不到实验所需温度，还可在木炭和氧化铜的混合物中加适量的酒精，也可是反应成功率有一定提高，且此方法在用氢气还原氧化铜和一氧化碳还原氧化铜的实验中也可以加以运用。

第二篇：“木炭还原氧化铜”演示实验的改进

【摘 要】 中学教材中少数实验做起来现象不明显或者由于多种原因根本就不成功，直接影响教学效果，笔者经过反复实验，多次改进，终于设计出了一套实验现象明显，耗时较短的实验方案，大大增加课堂容量。

【关键词】 木炭；还原；氧化铜；改进

【中图分类号】G63.21 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2013）22-0-01 化学，是一们以实验为基础的自然科学。尤其是在化学教学过程中，实验作为一种重要的教学方法，始终贯穿其中。一堂课的成功与否，实验往往总是起决定性的作用。

在初中化学教学过程中，绝大多数的演示实验做起来容易，现象明显。但少数实验做起来现象不明显或者由于多种原因根本就不成功，直接影响教学效果，其中“第六单元《碳和碳的化合物》课题1《金刚石、石墨和C60》”中，“木炭还原氧化铜”演示实验就是最典型的一个。

按教材和教参上介绍的几种实验方法去做，要么现象不明显，要么消耗的时间太长，效果都不理想。于是笔者经过反复实验，多次改进，终于设计出了一套实验现象明显，耗时较短的实验方案：

实验准备：

制备氧化铜：将一定量的碱式碳酸铜[Cu2（OH）2CO3]放如蒸发皿中，用酒精灯加热使其分解，边加热边搅拌，直至完全分解。（大约需要4分钟时间）

制备木炭粉：取普通的木炭烘干，放在研钵内研磨成炭粉即可。（最好用新制的杉树木烧制的木碳）

实验过程：

将新制的氧化铜和木炭粉按质量比8：1混合，在研钵内研磨混匀，再将均匀混合的药品平铺在试管底部，如图装好。

先用酒精灯均匀加热试管，再集中加热有药品的地方，在加热过程中，不断改变加热部位，以免试管局部温度过高熔化。

反应完毕，将止水夹移到橡皮管处夹住即可。

实验装置图：

实验现象：

加热到一定程度，试管内混合物剧烈反应，持续红热（说明该反应是一个放热反应），黑色的混合物在红热过后变成红色，冷却后倒出试管内红色的固体，将看到有球状的亮红色的金属，同时看到烧杯内澄清的石灰水变浑浊。

在上述实验中，在药品方面，使用新制的氧化铜是实验成功的关键，不能用实验室现成的氧化铜粉末，实验室现成的氧化铜颗粒较粗，加上放置的时间长了活性不高，加热时反应的速度很慢，即使加热了很长时间也无明显变化；其次，炭粉不能用活性炭粉，如用活性炭粉将使反应太剧烈放出的热使试管熔化。

在装置方面，首先是把盛石灰水的试管换成烧杯，这样可防止产生的二氧化碳速度太快使石灰水溢出；另外，就是产生的二氧化碳多，试管内的石灰水少，多余的二氧化碳将变浑浊的石灰水又澄清[CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2]。其次，是在导管上设用一止水夹，一方面可防止烧杯内水倒流，而不必手忙脚乱地去将导气管移出水面，另一方面也可以防止外面的空气进入试管使还原出来的铜再次被氧化。再次，将酒精灯改成酒精喷灯，则是使反应的温度迅速升高，从而缩短实验所需的时间，大大增加课堂容量。

参考文献

[1]《义务教育课程标准实验教科书化学九年级上册》

[2]《化学九年级上册教师用书》