【正文】        引   言: 炭还原性实验是初中化学教学的重点也是难点，教师在演示实验时，可能出现成功率不高，或现象不够明显，或是不环保。所以，本实验需要教师深度挖掘并不断改进，如反应物以何种比例混合，实验现象更明显；生成的产物如何检验；实验装置可做怎样的改进；以及实验产生的尾气如何简单处理。
        关键词: 比例  产物检验  装置改进  尾气处理
        一 反应物的比例分析
        一些教师会在实验中加入无水乙醇，利用乙醇还原性将部分氧化铜还原为铜，实验现象比较明显且出现时间较快，但却误导了学生，偏离了主题，并没有从根本上优化实验解决问题。
　　由方程式可知，m(C):m(CuO)等于1:13.3时，二者恰好完全反应。而实际实验中m(C):m(CuO)在1:10～1:11之间可获得较高的成功率。





　　表1 不同比例的木炭与氧化铜反应
　　为什么木炭与氧化铜的实际质量比需要大于理论值？原因有以下几方面原因：
　　1 木炭中含有一些盐和氧化物等，杂质并不能还原氧化铜。
　　2 反应发生在反应物的界面之上，非界面处的反应物微粒只有扩散到界面上才可能参加反应，且随着生成物的增多，木炭与氧化铜两物质直接接触的面积减小。木炭与氧化铜粉末研磨越细且混合越均匀，反应物颗粒之间的接触面积才越大，则反应界面越大活化中心越多，反应物微粒间的有效碰撞几率越大，反应程度和反应速率才能提升。
　　



　　表2 研磨时间对于实验结果的影响
　　3 在研磨的过程中,木炭会被空气中的氧气氧化一部分，如果m(C):m(CuO)等于1:13.3，则会使氧化铜过量，进而发生反应C+4CuO高温====2Cu2O+CO2↑。加入过量的木炭，在氧化铜被还原成铜之后，即使有空气进入，过量的木炭再次体现其还原性，可以防止灼热的铜被重新氧化。
　　二 生成物的种类分析
　　实验时，发现若氧化铜过量则很难观察到紫红色铜的生成，却往往有暗红色固体出现。其固体产物可能是Cu或者Cu2O，也可能是二者的混合物。为了加以判断，这时可以借助稀硫酸，因为铜不与稀硫酸反应。但氧化亚铜会与稀硫酸发生反应Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O，出现红色固体部分溶解，溶液由无色变为蓝色的明显现象。
　　若炭粉过量，则会发生反应
故产生的气体可能是CO或者CO2，也可能是二者的混合物。对于是否有CO的存在，可以将产生的气体通过鸡血或浸有磷钼酸溶液的氯化钯试纸，鸡血遇CO呈现胭脂红，浸有磷钼酸溶液的氯化钯试纸遇微量CO立即变成蓝色。也可对实验前后分别对试管和烧杯里的物质进行称量，如果烧杯中石灰水的质量在反应前后没有发生改变，说明反应产生的气体不能被澄清石灰水吸收，故全部为CO；如果试管中固体混合物减少的质量恰好等于烧杯中石灰水增加的质量，则产生的气体全部为CO2。值得注意的是实验结果的准确性还需要保证装置的气密性良好，和装置内产生的CO2能被完全吸收，以及足量的石灰水。
　　三 实验装置的分析与改进







　　　　图1 木炭还原氧化铜
　　实验结束时，为了防止试管中石灰水的倒吸现象，往往是先将导管移出石灰水，再熄灭酒精灯。但导管移出后会有外界空气进入试管内，将还原得到的灼热铜又重新氧化，变回黑色氧化铜，影响实验的观察效果，故这样的实验设计是不够严谨的。因此不妨借鉴空气中氧气含量的测定实验，在导管中间加入一段夹有止水夹的橡皮管。实验结束时，只需关闭止水夹并熄灭酒精灯，这样既防止石灰水倒吸使试管冷热不均而炸裂，又防止空气进入将灼热的铜再次氧化。
                  
 



　　木炭还原氧化铜虽是一个放热反应，但稳定的高温是本实验成功的关键之一。因为微粒相互作用时，要克服旧键断裂前的引力和新键形成前的斥力，需要足够大的能量支持。所以实验装置也会影响加热的效率，可将卧式改为直立式。实验时，将反应混合物夯实于试管底部，调节酒精灯使外焰完全包围试管的下部，火焰与试管底部的接触面积变大，可以充分利用燃烧产生的热量。
　　木炭可以还原氧化铜，也可以还原红棕色氧化铁
                                                 。且生成的铁具有磁性，可被磁铁所吸引。可把木炭与氧化铁的混合物装入试管加热，将磁铁放到试管上方，既观察到石灰水的浑浊和黑色固体变红，也看到有黑色物质被吸到试管上壁，说明生成产物是Fe或Fe3O4。
　　其余的改进方式，若要增大木炭与氧化铜的接触面积，可通过反应中不断抖动球形小试管，也可利用胶水将混合均匀的木炭和氧化铜粉末沾附于管内壁。还可将氧化铜粉末改为表面覆盖一层氧化铜的薄铜片进行实验，既操作简便、实验现象明显，而且实验后的薄铜片可以循环使用，在很大程度上节约了药品。当然了，在W形管中进行微型实验，同样具有上述有点。

         




　　四 尾气处理的分析
　　该实验所产生的尾气中除二氧化碳外，也会混有部分有毒性的一氧化碳。若不处理直接排入空气中会对空气造成严重污染。从常规角度，对该实验的尾气处理，一种方法是用气球收集，另一种方法是直接燃烧。
　　可以在广口瓶中装满石灰水，塞上带有两根长导管的双孔橡皮塞，既是洗气瓶，也是储气瓶。
             



　　尾气中一氧化碳含量过少，直接燃烧并不容易，因此可采用溶液来吸收处理。比如银氨溶液、氯化钯溶液或五氧化二碘溶液。若采用银氨溶液吸收尾气中的一氧化碳，会发生反应CO+2Ag(NH3)2OH=(NH4)2CO3+2Ag↓+2NH3，所以装置中所盛装试剂分别为石灰水、银氨溶液和稀盐酸，稀盐酸用来吸收新产生的尾气氨气。若用氯化钯溶液或五氧化二碘溶液吸收尾气中的一氧化碳，会发生反应PdCl2+CO+H2O=Pd↓+CO2+2HCl、I2O5+5CO=I2+5CO2，所以装置中所盛装试剂分别为石灰水、氯化钯溶液或五氧化二碘溶液和石灰水，石灰水用来吸收新产生的尾气二氧化碳。
　　参考文献:
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