木炭还原氧化铜实验的再改进

摘要

对人教版化学九年级上册教材中木炭还原氧化铜实验装置进行创新改进，即：将刚烘干的木炭粉末换成打印机墨盒中残余的碳粉，用粗棉花捻成棉条作为酒精灯灯芯，将硬质试管改为带胶塞的顶部具支试管。该改进装置具有设计简单、耗时短、试剂易得、现象明显且节能环保等优点，具有教学价值。

Graphical abstract

关键词

木炭还原氧化铜 / 实验 / 改进

人教版化学教材中“木炭还原氧化铜”实验作为演示实验很难成功，更谈不上开展学生分组实验，这导致学生沉浸式体验不足，教学难点不能突破。笔者分析教材实验过程，从中发现主要有如下不足：①反应条件苛刻。温度需要达到600 ℃以上，加热时间过长，硬质玻璃管容易出现熔化现象。②反应现象不明显，实验失败率高。尽管澄清石灰水已变浑浊，但试管中黑色粉末仍未变红，这直接造成学生难以观察到光亮的红色的铜。

1 实验改进方案

针对以上不足，笔者对该实验进行以下创新改进。

（1） 将教材实验中刚烘干的木炭粉末换成打印机墨盒中残余的碳粉，该碳粉微粒直径属于纳米级别，活性高，可大大降低该反应所需的温度。

（2） 将酒精喷灯换成酒精灯，灯芯选择粗棉花捻成的棉条（外层用棉纱布包裹）^［1］，粗度刚好卡住瓷筒的孔。这种棉条灯芯更容易吸收酒精溶液，能为灯头大火焰输送足够的酒精溶液。灯芯头部是接触面积极大的蓬松棉，能使灯芯中的酒精迅速汽化，有效提高火焰的温度。

（3） 将硬质试管改为带胶塞的顶部具支试管，选择与试管成分相同的玻璃丝，将活性炭与氧化铜的混合物平铺在玻璃丝上，能增大反应物接触面积，加快反应速率，且在试管里就能观察到固体颜色的变化。改进后的实验装置简单、易操作，如图1所示。

2 实验改进优点

（1） 速率加快，现象明显。该实验可控制在30 s之内产生红热现象，生成红色固体，加热2 min后可观察到玻璃丝上的黑色固体变成红色，试管壁上有少量铜镜产生。

（2） 耗材易得，废物利用。使用打印机中残余的碳粉作为反应物，达到废物利用的目的；纳米级别的碳粉比表面积大，化学活性高，降低反应所需温度，反应更充分。

（3） 防止氧化，安全环保。采用胶皮管和止水夹可以有效防止石灰水倒吸，以及红色的铜被重新氧化；带胶塞的顶部具支试管构成封闭体系，即便产生少量一氧化碳，也不会逸散到空气中。

3 结语

该改进装置可用于开展分组实验，让每名学生都能亲自动手，体验实验的乐趣，从而极大地提高学生的参与度，提升实验教学效果，有效发展学生的化学核心素养。

参考文献

[1] 叶兰.木炭还原氧化铜实验改进［J］.中学化学教学参考，2020（7）：49．

基金资助

湖南省基础教育教学改革项目“‘一体双驱三环四维’中学科学教育创新实践”(Z2024003)