碳还原氧化铜实验改进综述

碳还原氧化铜实验改进综述

齐乐

沈阳市浑南二中  辽宁省 沈阳市 110170

前言

碳还原氧化铜实验是初中化学课程中涉及到的一个重要实验，但是又是一个不易成功的实验。碳和氧化铜的比例、堆积方式、仪器选择等都影响着实验结果。最近有研究表明，从多方面入手有很多可提高实验成功率的办法，现就国内文献关于碳还原氧化铜实验的改进做一些综述。

正文

碳还原氧化铜实验的改进问题，一直受到人们的关注，也提出了很多改进办法。如刘怀乐（1996）采用平卧式试管装置（见图1）、以木炭与氧化铜的质量比为1：10.6进行实验时表明，在酒精灯加热下能发生剧烈反应，过程中反应物出现红热并伴有大量气体生成[1]。但后来他承认对这个实验的成功没有绝对的把握，因此仍把它列为初中化学实验的疑难实验[2]。

在此之后，又有不少人尝试了对于该实验的改进。例如，李建生（2003）用活性炭代替木炭作还原剂，以酒精喷灯加热反应[3] 。钱亚兵等（2003）则分别以木炭、炭黑、活性炭、石墨粉与氧化铜混合后在Y型管中用酒精灯加热做实验，表明当木炭与氧化铜比例为1:9~1:11之间时，实验效果最好[4].

可以看出，木炭还原氧化铜实验的改进，大多从四个方面入手，一是用其他形态的碳替代木炭；二是调整混合物的比例和用量；三是提高热源的温度：四是改换实验装置[5]。

下面分别探讨这四种改进方法的优缺点。

实验改进方法：

1. 用其他形态的碳代替木炭

袁振才指出，初三化学课本要求用木炭还原氧化铜，按课本操作现象不够明显。仍按照课本介绍的装置，仅做两点改进：一是用活性炭代替木炭，二是活性炭与氧化铜以1:10质量比混合，并在研钵内研细拌匀后再装入试管。实验表明，用活性炭还原氧化铜实验现象均较木炭还原氧化铜明显，黑色的氧化铜粉末，几乎全部变成了红色的铜，澄清石灰水变浑浊的现象也十分清楚[6]。

这种改进方法已经应用广泛用于教学中，但是经过事实证明，产物中可以看到红色铜单质，但是并没有如上所说的“几乎全部变成了红色的铜”。所以仅仅是用活性炭替代木炭进行实验，虽然有所改进，但是现象还不是特别明显。

2. 调整混合物的比例和用量

根据反映方程式，碳和氧化铜完全反映时，其质量比为12:160.胡达刚（2008）指出，活性炭与氧化铜的质量比在12:80-12:40之间时，反映现象最明显[7]。现象和结论如表1.

并将反应物活性炭与氧化铜按12:80混合，去不同质量的混合物进行实验，实验结论如表2。

    此外，反应物分别以平铺和堆放两种方式置于试管中，经实验发现，采取堆放方式比平铺方式的实验效果，现象更明显[7]。

由此可知，碳与氧化铜反应的试验中，活性炭与氧化铜的质量比在12:80-12:40之间为宜，混合物用量在1.5g-2.0g之间为宜，反应物的采用堆放的方式为宜。

3. 提高热源的温度

按照教材中所提供的条件，如果使用酒精灯加热，反应速度太慢，且很难达到反应的温度，如果使用酒精喷灯加热，安全性就明显降低，而且，在冷却过程中，空气进入试管，很容易将灼热的铜重新氧化成氧化铜，导致实验失败。

针对上述缺陷，王林（2014）对实验装置进行了改进。改进后装置如图所示：

首先加网罩以使火焰集中并提高温度，其次，在硬质小试管外（装药品位置）包裹上1~2层铝箔，并用细铜丝（或铁丝）固定[8]。此外，采用小试管加热，并且适度压实药品。

酒精灯上加的网罩可以使火焰集中，并提高火焰温度，而硬质试管外包裹的铝箔，可以使药品受热均匀，易于达到反应所需温度，节约反应时间，采用小试管加热和适度压实药品的作用也是为了使反应易于达到所需温度，节约时间。

王林（2014）指出，经过改进后的“用木炭还原氧化铜”实验，实验设计科学、合理，实验材料廉价、易得，实验方法安全、环保，实验现象明显，教学效果显著。

4. 改换实验装置

王洪林（2012）对于实验装置进行了改进，改进后装置如图所示：

将琉璃管做成W形，在C处放入少许混合好的氧化铜和碳粉，在D处滴加石灰水，使D处液封。在A处用气球封住。固定后，在C处用酒精灯（灯加上网罩）加热[9]。

并指出，实验与教材中装置对比，可以大大降低实验的难度与实验时间，方便学生进行实验操作。

这种装置的改进方法，简便易行，而且节约药品的用量，并且易于学生观察。

基于上述四个方面的改进，可以看出，当前对于碳还原氧化铜实验的改进已经有多种方法，以上提到的几种改进方法各有优点，至于采取哪种方法，以及其实际效果，要根据课堂情况决定。而这些改进方法对于学生对本实验的理解是否会有干扰，以及这些改进方法应用在中学教学中时各自优缺点，还不得而知。

结论

目前在碳还原氧化铜实验的课堂教学中改进方法，仍然存在一定的争议，鉴于实验药品的差异，反应物比例还需要在实际操作中进行摸索，而装置的改进，也应该根据课堂教学的实际情况，以及学生的情况，采取相应的改进措施。

参考文献

[1]刘怀乐著.中学化学实验与教学研究.重庆:西南师范大学出版社，1996:54-55

[2]刘怀乐著.中学化学实验证实与求索.重庆：西南师范大学出版社，2002:12-13

[3]李建生.教学仪器和实验，2003，（8）：31

[4]钱亚兵，鲍正荣.实验教学与仪器，2003，（9）：15

[5]陈承声，王欣，唐周汉.化学教育，2010，（2）：68

[6]袁振才.用活性炭还原氧化铜效果更好

[7]胡达刚.中小学实验与装备，2008，（1）:25

[8]王林. Educational Equipment And Experiment Vol.2014,(4):42

[9]王洪林.教学实践，2012.(03):40