装置中氧气对《木炭还原氧化铜》实验的影响探究(省二等奖).doc

附件1：
论文编号: .
(由教研室统一按市、县编码编号)
贵州省教育科学院贵州省教育学会
2015年教育教学科研论文、教学(活动)设计
征集评选登记表
(征文封面)
学科类别(不要以编号代替)：
论文题目
装置中氧气对《木炭还原氧化铜》实验的影响探究
作者姓名
王发应
学校名称
贵州省金沙县金沙中学
课题组
成员姓名
周凤顶、李文俊、熊 伦、李太锐、王 英、王叶青、吴 胜、黄啟荣
学校地址
毕节　市(州、地) 金沙 县(区、市、特区) 乡(镇)
联系电话
固定电话：　　　　　　　　　　移动电话：[phone]
论文内容摘要( 200字左右)
从该实验在教材中的地位、研究现状出发进行分析研究，发现了目前该实验研究中的盲点，进而通过理论推测、实验验证、归纳总结、问题讨论等一系列严谨科学的研究过程，研究结果证实了教材编写的不足和目前人们对该实验研究中存在的问题，为该实验的研究提供了一个新的研究方向，对促进我国当前的课程改革具有重大的意义。
（注：本文为贵州省邓明非高中化学名师工作室跟岗研修，2013年贵州省教育科学规划课题《低成本化学实验的开发和利用研究》阶段性研究成果）
个人诚信承诺(在括号内打“√’):
1、所写论文为本人原创，并非从网上直接下载或抄袭他人(　√　)
2、所写案例真实，源于本人亲历的课堂(　√　)
说明：一、学科类别：1.中学语文2.中学数学3.中学英语4.中学物理5.中学化学6.中学生物7.中学政治8.中学历史9.中学地理10.小学语文11.小学数学12.小学思品13.小学英语14.小学科学15.中小学音乐16.中小学体育与健康17.中小学美术18.中小学信息技术19.通用技术20.中小学综合实践活动21.学前教育22.特殊教育23.职业教育24.综合(凡不是纯学科性的论文都归在这一类，如:如何做好班主任工作、如何提高学生的心理素质等)。
二、论文题目不要太长。教学设计或教学案例直接点明是什么课的设计或案例，如：《祝福》教学设计、《分数的除法》教学案例(不要把某某版第某册第某课作为题目的组成部分)。
装置中氧气对《木炭还原氧化铜》实验的影响探究*
王发应
（贵州省金沙县金沙中学　551800）
摘　要：通过对“木炭还原氧化铜实验”研究的有关文献的研读，发现了目前该实验研究的盲点：装置中存在的少量氧气对该实验是否影响。进而进行了一系列严谨科学的研究过程。研究结果表明：装置中的少量氧气在反应中起到了加快反应速度的“催化”作用。
关键词：木炭还原氧化铜　少量氧气　异相反应
一、研究现状及存在的问题
《木炭还原氧化铜》这一实验自始至终都是初中化学中的一个重点和难点实验。为了全面、深入地了解该实验的研究现状，寻求一种快速、高效的实验方法，我们通过中国知网和中国国家数字图书馆进行搜索，收集到了100多篇发表在各类刊物上的对该实验进行研究的文章，并进行了认真的研读，结果发现，无论采取何种方法进行改进，人们研究的最终目标都只有一个：如何快速得到金属铜。但却都忽视了一个问题：装置中存在的少量氧气在该实验中扮演什么角色？对该反应有没有影响？对该反应的影响有利还是不利？为此我们设计了如下实验进行探究。
二、研究方案
1、实验药品和仪器
活性炭、木炭、氧化铜(分析纯)、澄清石灰水、细铜丝团（将多股铜芯软导线去掉绝缘皮绕成）。
电子称、酒精灯、酒精喷灯、硬质大试管(20mm×200mm)、带胶塞的导管、止水夹、铁架台、铁丝网罩。
2、实验方法
将烘干后的活性碳与氧化铜粉按1﹕13.2的质量比混合［1］，放入研钵中充分研磨20分钟左右，称取两份各2g 分别装入两支试管底部压实。
实验一：在活性碳与氧化铜粉混合物前2㎝左右处放入一团预先在空气中灼烧氧化后的细铜丝团，留一段卡在试管口与单孔橡皮塞之间，便于取出。检查并处理使装置气密性良好，预热后用两盏酒精灯同时对活性碳与氧化铜粉混合物和氧化后的细铜丝团加热（如图1a所示）,观察现象。
实验二：在活性碳与氧化铜粉混合物前2㎝左右处放入一团细铜丝团，留一段卡在试管口与单孔橡皮塞之间，保证当试管直立后细铜丝团不会接触活性碳与氧化铜粉的混合物，同时也便于实验结束时取出。用止水夹夹住乳胶管，检查并处理装置气密性良好，预热后先对准放细铜丝团部位的试管加热约10分钟左右，以充分消耗装置内的氧气（如图1b所示）。然后将试管直立起来，用酒精灯对准试管底部的混合物进行加热，同时将导管放入盛有澄清石灰水的试管中，打开止水夹（如图1c所示）,观察现象。

实验三、实验四：药品的比例、混合方式和处理方法也和实验一和实验二相同，只是装置有所改动，改为试管竖立，用酒精灯加聚热管加热，以升高加热温度（如图3所示）。实验三不除氧，实验四仍用细铜丝团除氧。
3、实验现象：
实验一：约5分钟后固体混合物大部分呈红热状态，石灰水很快变混浊，约8分钟后导管口不再有气泡产生，关闭止水夹停止加热，冷却后将试管内固体倒出铺在白纸上观察，混合物全部变成红色粉末，试管壁附着少量网状红斑，用玻璃棒或粗铁丝可将其刮下，事先灼烧氧化后的细铜丝团变为暗红色（如图3a所示）。
实验二：约5分钟后固体混合物局部发红，石灰水几乎无变化，8分钟后石灰水开始变混浊，10分钟后导管口仍有气泡产生，关闭止水夹停止加热，冷却后将试管内固体倒出铺在白纸上观察，混合物中有极少量暗红色斑点（几乎看不见），试管底部附着少量红色粉末，用试管刷即可将其刷下，用于除装置中氧气而部分被氧化的细铜丝团几乎无变化（如图3b所示）。

实验三：在不除氧的情况下，加热3分钟左右混合物大部分呈红热状态（如图4a所示），石灰水变浑浊（如图4b所示），灼烧变黑后的细铜丝团（未与固体混合物接触）变为暗红色。5分钟后关闭止水夹，停止加热，待装置冷却后，取出细铜丝团，倒出固体混合物铺在白纸上观察，全部为红色粉末，试管底部紧附着一层亮红色固体，用玻璃棒甚至粗铁丝也不能将其刮下（如图4c所示）。
实验四：在除去氧气的情况下，3分钟后混合物只是局部红热（如图4d所示），石灰水也变浑浊（如图4b所示），因除氧部分变黑的细铜丝团也变为暗红色。10分钟后反应混合物仍不见有太大变化。关闭止水夹，停止加热，待装置冷却后，取出细铜丝团，倒出固体混合物铺在白纸上观察，只有见到少量红色斑
点，试管底部附着一层红色粉末，用试管刷即可将其刷下（如图4e所示）。
将两个实验中的细铜丝团分别投入适量稀硫酸中，振荡，细铜丝团均恢复为原来的亮红色，并得到极淡的蓝色溶液和极少量红色沉淀（如图4f所示）。

四、反应机理分析
我们对产生上述现象的原因进行了大胆的推测：
（1）在不除氧的情况下
①细铜丝团：亮红色→黑色→暗红色
在空气中灼烧时：Cu（亮红色）+O2 CuO（黑色）
CO+CuO（黑色）CO2+Cu2O（暗红色）
②反应混合物：黑色→红色（试管底部紧附着一层亮红色固体）
2C+O22CO
CO+CuO（黑色）CO2+Cu（亮红色）
（2）在除去氧气的情况下
①细铜丝团：亮红色→黑色→暗红色
Cu（亮红色）+O2 CuO（黑色）
CO+CuO（黑色）CO2+Cu2O（暗红色）
②反应混合物：黑色→暗红色（少量）
C+CuO（黑色）CO+Cu2O（暗红色）
CO+Cu2O（暗红色）CO2+Cu（红色，少量）
（3）两个实验中，石灰水变浑浊的原因：
CO2+Ca(OH)2 = CaCO3↓+H2O
（4）将细铜丝团投入稀硫酸中，细铜丝团恢复为原来的亮红色，并得到极淡的蓝色溶液和极少量红色固体的原因：
Cu2O（暗红色）+2H+===Cu（红色）+ Cu2+（蓝色）+H2O
Cu2O的含量较少，因而发生歧化反应产生的铜单质和Cu2+离子都较少。
三、实验总结
研究结果表明，在《木炭还原氧化铜》实验中，由于装置中存在的少量氧气与碳作用，生成了氧气体积两倍的一氧化碳，使难以进行的碳与氧化铜的固相间的反应，转化为相对较容易发生的一氧化碳与氧化铜的气相和固相间的反应，因此在不除氧的情况下，反应不仅所需时间较短，而且反应较彻底。所以，装置中存在的少量氧气对该实验的影响是有利的。正因如此，有老师在反应混合物中加入适量的强氧化剂－－过氧化钠，从而加快了反应速率，缩短了实验操作时间，增强了实验效果［2］。
四、实验说明
聚热管由长50mm、直径20mm的不锈钢管在一端缠一段铁丝制成。利用烟囱效应，能使酒精充分燃烧而产生高温。不仅能将酒精灯火焰温度提高到800℃以上，还能升高火焰高度到10㎝左右，在采取试管竖立加热的方式时，能同时对反应混合物和铜丝团进行加热，加热及升温效果非常好，使用非常方便。使用过程中和使用后，因其温度很高，切勿与其它物品接触，也不要用手去触摸，以免损坏物品或烫伤手。用后应立即放入冷水中降温，擦干后保存。
参考文献：
[1] 郝金声、余跃东、周进康.木炭还原氧化铜最佳实验条件研究.中学化学教学参考. 2005，(5)：37-39.
［2］张希彬，李东平.过氧化钠的强氧化性在碳还原氧化铜实验中的妙用.中学化学教学参考.2010，(10)：39.
（*　本文为年贵州省教育规划课科学题《低成本化学实验的开发和利用研究》［课题编号2013B039］阶段性研究成果，其他课题组成员：王英，王叶青，吴胜，黄啟荣）

7