初中化学实验改进：优化木炭还原氧化铜实验方案

创作时间:

作者:

@小白创作中心

初中化学实验改进：优化木炭还原氧化铜实验方案

引用

来源

http://www.360doc.com/content/24/1115/05/46601607_1139382265.shtml

木炭还原氧化铜是初中化学中的一个重要实验，但传统实验方法存在诸多不足，如准备过程繁琐、实验现象不明显、成功率低等。本文提出了一套创新的实验方案，通过改进实验药品和装置，不仅简化了操作流程，提高了实验成功率，还增强了实验的安全性和环保性。

传统实验方法及其问题

木炭还原氧化铜实验的基本步骤如下：

将刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀
小心地将混合物铺放进试管，并固定在铁架台上
试管口装有通入澄清石灰水的导管
使用酒精灯（可加网罩）或酒精喷灯加热混合物几分钟
先撤出导气管，待试管冷却后观察现象

然而，该实验装置虽然简单，但存在以下主要问题：

实验准备过程繁琐：木炭需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。
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。
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。
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。
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。

创新设计思路

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。

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。

实验操作

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。
连接好装置，检查装置的气密性。
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。
将此黑色的氧化铜伸人20mmx200 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。
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。
稍微冷却后取出带铜线的橡皮塞，放入冷水中，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。

创新点评析

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。