木炭还原氧化铜的实验研究

木炭还原氧化铜的实验研究江苏省响水中学钱青林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，如下图所示。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。