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“碳还原氧化铜”的实验改进

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在初中九年级《化学》第六单元《碳和碳的氧化物》课题一中,单质碳的化学性质有两个方面:一是可燃性(碳与氧气的反应),二是还原性(碳与某些氧化物的反应)。

其中,“碳的还原性”是本课题的重点和难点,为了让学生形象直观地掌握碳的这一性质,教材设计了如下图所示的实验装置,用以验证单质碳的还原性。

教材中的实验原图如下:

该实验原理为:木炭与氧化铜反应,生成铜和二氧化碳。化学方程式:

根据以上化学方程式可知,在上述反应中只要满足:1.氧化铜和木炭的质量比为160:12即40:3;2.在较高温度下(用酒精喷灯)就可以得到理想的效果,即两种黑色的物质充分反应后,会完全变成红色的铜,试管中澄清的石灰水变浑浊。

但在实际操作中,只要是从教多年的化学老师就会发现事实并非如此。即使严格按比例混合两种药品,并使温度足够高,也很难达到理想的效果:澄清的石灰水可以变浑浊,但两种黑色的药品不能完全反应,黑色不能完全消失,仅出现一点难以辨认的红色(少量的铜)。

用稀硫酸检验剩余的物质,发现黑色物质完全溶解,稀硫酸变成蓝色溶液,据此可知黑色物质是氧化铜,而不是木炭。

那么,完全按40:3比例混合的两种药品中,为什么氧化铜剩余,而木炭少了呢?分析原因,可能是高温下的木炭不仅仅在与氧化铜反应,而且还与试管中的氧气发生了反应,生成了二氧化碳,所以导致严格按比例配制的两种药品中,总是氧化铜剩余,而木炭不足。

找到了问题的关键,可能许多老师就会采取多加木炭的做法来解决。但是,该加多少质量的木炭呢?谁也无法知道。而多加了木炭的另外一种可能谁都可以预料到:反应后得到的铜仍然不会是理想的红色。

笔者经过多年的教学实践,摸索出一种原理相同,但是更加简单、效果理想可靠的方法。具体步骤如下:

1.采用与教材相同的装置;

2.将氧化铜和木炭按40:3的比例混合,为了使两种药品的颗粒足够细,可以先将两种药品分开研磨;

3.将两种药品的混合物用少量水调成糊状(不能流动为宜),再用剪去笔头的中号毛笔均匀地涂在试管底部的内壁(不必涂满,因为酒精灯火焰只能对准试管的一侧加热);

4.其他操作方法均与教材相同。

对这个实验改进后的优点:

1.节约药品。调成糊状的木炭和氧化铜的混合物可以多次使用。

2.反应时间缩短。因为用于反应的药品用量少,所以很快就能完成实验。

3.实验效果明显。因为反应的药物用量少,反应很充分,试管内壁很快就会出现红色的铜(效果就如同镀了一层铜,亮闪闪的)。

针对初中九年级化学教材中的“碳还原氧化铜的实验”进行相关改进后,反应时间缩短,节约药品,效果明显可靠,有利于学生进行分组实验。