木炭还原氧化铜

2024-05-12

木炭还原氧化铜（精选三篇）

木炭还原氧化铜篇1

实验6 - 2 中, “用木炭还原氧化铜”的装置图:

据笔者了解, 过去一些教师也曾经照本宣科, 依葫芦画瓢, 但是往往失败。显然, 教材的这个实验, 编者也进行了多次修改。但是, 横式加热这一点从来未变。只是加热的方法进行过多次修改, 曾经使用酒精喷灯, 后来又改为酒精灯, 但加了网罩。显示出编者对重点的提示, 就是要重视加热的质量。但是, 许多教师可以没有对这一点给予充分的重视, 加之忽视其他实验细节, 所以实验仍然难以获得满意的效果。

许多老师后来改用了竖式加热的方法, 成功率确实很高, 我也在一段时间里采用这种加热方法, 成功率为100% 。但是, 这一加热方法与课本的描述不符, 确实, 加热固体的时候, 试管口应当向下倾斜, 以防止冷凝水流到灼热的试管底部, 造成试管破裂, 给实验造成不利的影响和后果。既然竖式加热可以改善试管受热的情况, 那么, 我觉得我们也应当可以通过必要的改进, 找到试管横放时保证加热效果的方法, 从而使实验成功完成。通过几十次的实验摸索, 我终于找到了这样的方法。

二、实验的改进

根据实验失败可能的原因, 进行针对性的改进。采取的措施如下:

反应物:氧化铜, 木炭。

混和比例:大约10︰1

处理方法: 按比例称取上述物质, 放在研钵里仔细地, 充分地研磨, 力度要大一点, 时间长一点, 要有冲击的力度。为了加大研磨力度, 可以为通常使用的研钵的杵加装一个比较长的较粗的把。把木炭和氧化铜按照上述比例放在烧杯等容器里快速振荡, 使其充分混和均匀。实验方法如下:

1. 关于反应容器的选择及药品装填。把上述反应混和物装入试管里, 试管的规格以小一点的比较好, 但是要注意与橡皮塞的匹配。例如, 18X180, 药品使用量可以在5 克左右, 用玻璃棒压紧。以期确保反应快速, 持续进行。

2. 关于加热的措施。采用横式加热, 并采用双头酒精灯加热, 火焰周围加网罩。为了给反应混和物集中加热, 保温, 使反应迅速地以较大规模启动, 并快速蔓延, 最终完成, 可以采用双头酒精灯加热。据实验, 反应一般在加热到2 分钟的时候开始迅速启动, 并在几秒钟内完成。这时, 反应混和物发出明亮的红光, 并逐步蔓延扩散至全部反应物, 伴随大量气体冒出, 几秒钟后逐渐变暗, 气体不再冒出。

如果反应不能迅速启动, 那么其中容易反应的部分可能会进行分散的, 烈度较低的反应, 生成物将会妨碍反应的继续进行。导致实验不能取得满意的效果。据实验, 如果反应不能在3 分钟内完成, 那么, 即使加热的时间再长, 如加热5 分钟, 也不能重新启动大规模的反应。

采用自制的双头酒精灯, 两个头的距离比较近, 约2 ~ 3 厘米, 使用时, 火焰的高度明显比普通的酒精灯高。而且酒精灯应加网罩 ( 用不锈钢网制作) , 一般认为会使火焰比较稳定, 并稍提高火焰的温度, 提高加热的效率。

3. 关于防止粉末冲出等的措施。用一支小试管, 规格12X80, 压住反应混和物, 同时保留气体通道。然后小试管的后面是不锈钢网, 试管口附近放有棉花。试管口放一团棉花的作用是: 由于反应十分激烈, 会有大量粉末飞出, 棉花可以阻止反应混和物粉末冲入石灰水中, 干扰二氧化碳的检出。棉花的前方放置一团不锈钢丝网的作用是: 可以阻挡大部分反应混和物冲出, 并防止整块炽热的反应混和物被气流冲起后可能与棉花接触引发燃烧与爆炸的危险。

上述措施, 有利于反应迅速, 连续地进行, 并保证二氧化碳的检验免受干扰。据实测, 反应一般在加热后1 ~ 2 分钟内启动, 并在几秒钟内迅速蔓延完成。

4. 关于防止倒流的措施。实验结束时, 为了防止液体倒吸, 先撤出导气管, 后熄灭酒精灯。但问题是, 在撤出导气管的同时, 外界空气就会逆流回到灼热的试管内, 可能会使试管内刚生成的红色铜在高温下又被空气中的氧气氧化为黑色的氧化铜, 这会影响实验的效果, 实验设计不够严谨。借鉴测定空气中氧气含量的实验中, 利用止水夹来控制倒吸现象的实例。我认为, 在“用木炭还原氧化铜”的实验中, 也可以利用止水夹对导气管进行封闭。

三、实验改进后的优点

1. 改进后的实验, 加热设计较科学、严谨, 措施针对性强, 反应顺利进行。

2. 根据实验需要, 采取多重防护措施, 有效地防止了反应混和物粉末冲出、可能导致棉花燃烧、以及气体管道堵塞, 黑色粉末进入石灰水, 干扰二氧化碳的检出的现象等故障的发生。

3. 利用止水夹及时封闭气体管道, 既能阻断液体倒吸, 又能防止产物中的铜再被氧化, 实验设计更严谨。

木炭还原氧化铜实验的再探究篇2

关键词：木炭还原氧化铜；实验探究；演示实验；实验改进

文章编号：1005–6629（2015）4–0066–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

“木炭还原氧化铜”实验是初中化学一个重要的固相反应演示实验，可以让学生学习固相反应，了解木炭具有还原性，在化学教学中有着重要的意义。但由于该实验影响因素较多，若控制不好条件往往得不到明显的实验现象，是一个公认的疑难实验。近年来许多人对该实验进行了探究，也有不少的改进方案，但仍然存在实验成功率不高、实验现象不明显、装置复杂等问题。如何做好该实验，还需做深入探究。

1 实验改进方案综述

人们从不同的角度对该实验进行了改进，有人从反应物选择方面入手，例如蒯世定等[1]采用加热铜绿[Cu2（OH）2CO3]生成的新制氧化铜与木炭粉、石蜡等反应，实验效果明显；任娟等[2]采用固相反应法直接制备纳米氧化铜，且木炭与纳米氧化铜的质量比为1：10，以装有95%酒精的酒精灯作为热源加热。在反应物配比方面，李晓萍[3]认为实验关键条件是反应物配比，其他因素只是影响了配比，反应物木炭与氧化铜的最佳配比为1：10.5～1：11，干燥与否、称取木炭质量的不同等因素只是造成了实际比例的改变。有的老师则改换了实验装置，比如李颖等[4]选择了自制的胖肚移液管来做这个实验，使装置可重复使用，操作简便，现象明显，药品用量少，适合学生分组实验；刘彬[5]在采用硬质玻璃管（Φ7×85mm）制作的微型仪器中进行实验，并利用正交试验方法选择反应的最佳条件，节省药品并减少废弃物的排放，可培养学生的环保意识。作为一个典型的固相反应，卫泽敏等[6]从固相反应原理解析该反应的反应条件，对于可自发进行的固相反应而言，反应温度、反应混合物的干燥及机械加工程度是影响反应速率的主要因素。笔者认为反应物的颗粒及混匀程度是该实验至关重要的影响因素，在以往的文献中更多的是探讨如何制得高活性的氧化铜，而本文则着重阐述木炭粉的制备。对于初中生来说实验装置越简单越好，最好能与教材提供的装置相符。故笔者采用自制的木炭粉、市售的粉末状氧化铜作为反应物，以普通酒精灯为热源，在传统的固固加热（固相反应）的实验装置中进行实验，操作过程简单、安全，反应时间短，成功率高，演示效果好。

2 实验药品及仪器

药品：木炭（市售，块状）、粉状氧化铜（分析纯，福晨化学试剂厂）、澄清石灰水

仪器：搅拌机（又称粉碎机）（美国waring公司，型号HGB2WTS3，功率400W）、玻璃棉、试管、酒精灯、导管、止水夹、单孔橡皮塞、烧杯（100mL）

3 实验步骤及现象

3.1 实验药品准备

自制木炭粉：将块状木炭（约22g）直接放入搅拌机中，在高转速模式下进行粉碎，直至木炭粉用肉眼观察已无小炭粒反光。一次可制得约20g的木炭粉，搅拌时间3min左右，需注意在粉碎过程中每隔1min使机器暂停运转以免过热。

药品干燥：分别取研磨好的木炭粉（约20g）及市售的氧化铜粉末（约50g）置于两培养皿中，放入烘箱中于120℃干燥2h，烘干后分别装入试剂瓶并放在干燥器中待用。

3.2 实验步骤及现象

称取0.4g干燥的木炭粉，4.0g左右的氧化铜粉末，放入一干净的研钵中，用力研磨3～4min使反应物充分混匀。将研磨后的物料大部分装入 15×150mm的普通试管中，竖直试管于石棉网上轻敲几下使其夯实，再横放试管轻敲几下，在靠近物料的地方填入适量的玻璃棉。按图1所示的示意图将实验装置组装好。用普通酒精灯预热后，集中火力在物料下加热。加热到2′30″左右可发现物料剧烈反应，出现红热现象，同时导管口冒出大量气体，伴有白烟，澄清石灰水变浑浊。用止水夹夹紧导气管上的橡皮管，熄灭酒精灯。待冷却后倒出物料，可以发现物料变成砖红色且有金属光泽的铜粒生成。

4 实验结果及讨论

4.1 实验结果

利用搅拌机对市售木炭块进行处理，方法简单易操作、费用低、高效，制得的木炭粉粒度小、活性高。自制木炭粉与市售氧化铜的质量比约为1：10，反应物于研钵中充分研磨以提高固体间的接触面积。在传统固固加热的反应装置中，利用普通酒精灯为热源加热，最终反应现象明显（出现红热），反应时间短，反应产物有大颗红色的铜粒出现。该实验采用教材的原型装置，学生易于接受，实验操作简便、易行，实验现象明显，成功率极高，具备了一个演示实验所需的条件。

4.2 讨论

固相反应在一般情况下都属于非均相反应，由于固体质点间具有很大的作用力，扩散受到限制使得反应活性较低，反应速度较慢，通常需要在高温下进行。反应物的组成和活性、反应物颗粒的均匀性、反应温度、压力和气氛等因素都会影响固相反应。木炭还原氧化铜作为一个典型的固相反应，木炭和氧化铜的质量比、加热效率、机械加工及混合程度等都会影响该反应的速率，本文就这几个方面对实验的影响进行了探讨。

关于木炭和氧化铜的质量比，笔者经过实践发现木炭与氧化铜的比例在1：5～1：11的范围都可以发生反应并观察到红热现象，只是木炭比例较高时反应后会有较多黑色的碳残留，生成的铜粒比较细小。反应物的质量比例在1：10左右较为适宜，在此比例下反应较为彻底，有大颗的铜粒生成，利于学生观察。

如何提高加热效率以加快微粒的扩散速度和成核速度，以引发显著的反应（红热）也是关键因素。在反应热源方面，若用酒精喷灯加热，可较快地达到反应温度，1min左右即可观察到剧烈的燃烧现象，此时反应的热效应产生的高热量常常会将试管烧破迸射出红热的铜，故一定要做充分预热，防止试管烧破。另外用酒精喷灯作为热源，有点燃不方便（耗时长）且噪声较大等不足。按照笔者的做法，只需用普通酒精灯加热，在2.5min左右即可观察到明显的红热现象，做到了既安全又可靠。铜的熔点是1083℃，该温度远高于酒精灯火焰温度，要获得经熔化而成珠状、小块状的铜，主要是靠其反应热，并使反应热集中不分散。所以该实验的加热仅仅是引发，使反应迅速发生，使热量集于一小处就成了成功关键，故选用普通酒精灯加热就可以了。要注意调节灯焰达到较佳状态，加热时一定要防止火焰飘动，可在酒精灯上加上一个防风罩，且最好选用小号或中号试管，试管过大，成功率明显下降。

反应物的粒度大小及混合程度会影响固体表面积及固体间的接触面积，这是该实验的关键点。笔者用搅拌机将市售的块状木炭进行打磨，可快速地制得粒度很小的木炭粉，而市售的氧化铜粉末则无需再研磨。物料的总量要控制在4.0g左右，反应物太少无法形成大颗的铜粒，不利于学生观察反应产物。反应混合物要在研钵中用力充分地研磨，填料要压实以增加木炭和氧化铜的接触面积。

综上所述，木炭还原氧化铜实验在反应物有足够的机械加工程度（保证磨细、研匀，是本实验成功的最重要的关键因素）、烘干（反应物烘干去水也是本实验成功很重要的关键因素）、适当的质量比及保证稳定的热源的情况下，就可利用传统固固加热装置在较短时间内获得良好的课堂演示效果。

参考文献：

[1]蒯世定，杨道华.碳还原氧化铜实验的探究[J].中学化学教学参考，2010，（1）：49～50.

[2]任娟，杨东清.纳米氧化铜在中学化学演示实验中的应用研究——碳还原氧化铜实验的改进[J].化学教与学，2013，（4）：85.

[3]李晓萍，郑琳戈.木炭还原氧化铜实验成功的关键[J].中小学实验与装备，2007，（6）：12～13.

[4]李颖，杜晶晶.木炭还原氧化铜实验改进2例[J].化学教育，2010，（2）：71～72.

[5]刘彬.碳还原氧化铜的探究[J].化学教与学，2011，（9）：91～93.

木炭还原氧化铜篇3

木炭还原氧化铜是九年级化学中的一个重要实验, 能否做好该实验是掌握碳的化学性质的关键。但是由于该实验按教科书及教参上做, 受到太多条件的限制, 所以完成该实验难度很大, 几乎不易成功。查阅近些年中学化学实验文献, 可以找到十多篇对该实验所做的不同角度的研究报告, 其中的方法和结论不尽相同, 足以说明这个实验的复杂性。那么如何改进这个实验, 能让这个实验变成一个快捷, 操作简单, 现象明显, 成功率高的实验呢?为了解决这个问题, 笔者在前人研究的基础上经过多次的实验和探索, 终于找出了简便易行、现象明显、成功率高的实验方法。

二、实验方法

(一) 对此实验的历史回顾

一直以来, 木炭还原氧化铜的实验对教师来说都是个很熟悉的实验, 可是做成功的几率很低, 我也是连续几年都没有做成功。据我调查, 很多教师包括我对此实验做了些不同的改进工作。例如, 在温度和装置都按教材上提供的, 而在做实验时把药品充分混合, 还把药品处理成糊状的混合在一起, 粘在试管内壁一层进行了实验, 让其充分接触, 但结果还是不理想。还把带铁丝网的酒精灯, 在灯芯中插了铜丝, 以提高酒精的气化程度, 以此来提高供给这个反应的温度。后来索性换成酒精喷灯, 把试管都烧化了, 实验还是不成功。我们一线教师几乎对这个实验束手无策了, 甚至开始怀疑此实验的真实性, 到最后都绝望了, 只能放弃了。在教学时只能采用讲解的方式来给学生灌输这个实验。就连刘怀乐老师 (1996) 采用平卧式试管以木炭与氧化铜的质量比为1:10.6进行实验时表明, 在酒精灯下就能发生剧烈的反应, 过程中反应物出现红热并伴有大量气体生成[1], 但之后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中的疑难实验[2]。之后又有好多人对实验进行了改进。查阅前人研究的成果, 都是从改进药品种类 (用活性炭代替木炭) ;改进药品量的比例;调整热源 (用酒精喷灯) ;还有改变实验装置等。

(二) 实验方法的设计 (包括实验仪器、药品)

1. 实验的设计思路

在对已有的实验研究进行分析的基础上, 我本着用品简单、现象明显、安全可靠的原则, 选择了 (1) 药品及药品质量比例:木炭粉 (就是把块状的木炭在研钵中研成很细的粉末) 和粉末状的氧化铜;比例:1:11;选择了 (2) 仪器:酒精灯 (火焰外加铁丝网, 作用聚拢火焰提高酒精灯的温度;灯芯内插上铜丝, 加速酒精的氧化, 从而进一步提高酒精灯的温度) , 但必须用焰心、内焰到外焰加热;铁架台 (配本制试管夹) ;试管 (小规格:14mm口径) 选择 (3) 装置:如图1所示中进行化学试验。

2. 对实验设计思路的分析

药品:木炭粉 (就是把块状的木炭在研钵中研成很细的粉末) 和粉末状的氧化铜;把块状的木炭在研钵中研成很细的粉末再与粉末状的氧化铜混合, 可能增大接触面积, 从而加快反应速度;比例选1:11的原因, 见表1。

仪器:酒精灯用焰心、内焰、及外焰共同加热[3]。

由表二可见, (1) 加热时, 试管底触及内焰, 让外焰的能够很好地包裹住垂直的试管下部, 使外焰的热量能被充分利用, 从而提高温度。所以用焰心、内焰、直到用外焰共同加热效果要远比单纯用外焰加热好。 (2) 试管直立的原因:将小试管加到火焰中时, 会劈开火焰, 变形的火焰包住试管底部, 试管越小, 伸入火焰中越多, 试管被变形的火焰包住的面积越大, 从而使试管的受热面积大, 加热效率当然就会提高了。

装置如图1。装置中试管带上胶塞密封的原因:是为隔绝空气, 防止刚生成的高温的铜被空气中的氧气氧化。

三、实验的实施

按以上实验方法的设计, 进行实验步骤的设计。

1.连接装置 (小试管和单孔胶塞) 检查装置气密性 (这是防止生成铜被再次氧化的关键步骤) 。

2.装药品:夯实药品 (如果药品松散, 生成的气体会把固体顶上去, 会让装置漏气、反应物的接触面也会减小, 反应速度也会降低) 。

3.固定装置开始加热:注意用焰心、内焰、外焰来加热。

4.撤去酒精灯, 待导管口气泡大量涌出之后渐归于平静时, 迅速盖上胶塞。

5.让产物自然冷却, 取出产物。

6.整理且清洗仪器。

四、实验的现象和结论

(一) 现象

炭还原氧化铜的反应是一个较强烈的放热反应, 该反应在上述设计下很容易发生, 一旦发生, 即出现“红热现象”:反应热能令反应物发红———从反应物底部向上蔓延, 十分耀眼。与此同时, 试管导管口处也急速释放出使石灰水变浑浊的气体, 整个过程可维持好几秒钟。