氢气还原氧化铜实验装置的改进

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自制·改进·创新
中 小 学 实 验 与 装 备 ２０１３ 年 第 ４ 期
氢气还原氧化铜实验装置的改进
甘 肃 省 岷 县 第 一 中 学 （７４８４００） 余 新 红
第 ２３ 卷
１ 问题的提出
氢气还原氧化铜实验是中学化学教材中的一 个重要演示实验，教材中的装置如图 １ 所示。 笔者 认为，教材中提 供 的 演 示 实 验 方 法，存 在 以 下 的 不 足：①氢气气流 的 大 小 难 以 控 制。 气 流 过 大 时，会 将氧化铜粉末 吹 散，有 些 氧 化 铜 无 法 被 还 原，影 响 实验现象；气 流 过 小 时，课 堂 演 示 花 费 时 间 较 长。 ② 用 启 普 发 生 器 制 取 氢 气 药 品 浪 费 严 重 ，不 利 于 学 生绿色化学意识的培养。③实验结束移去酒精灯 后 还 需 通 一 会 儿 氢 气 ，未 充 分 利 用 这 些 氢 气 造 成 浪 费。④氢气的制 备、验 纯，氢 气 还 原 氧 化 铜 等 实 验 分开进行操作，缺少实验操作的连贯性。 针对以上 不 足 ，笔 者 对 该 演 示 实 验 进 行 了 以 下 改 进 。
３ 原理图
原 理 图 如 图 １ 所 示 ，样 品 简 图 如 图 ２ 所 示 。
图 １ 原 理 图
２ 工作原理
图 ２ 样 品 简 图
将 小 铁 球 放 置 于 倾 斜 的 槽 形 导 轨 上 ，在 水 平 面 上 也 安 放 槽 形 轨 道 ，槽 形 轨 道 用 家 庭 电 路 压 线 塑 料 槽条制作，以便控制小铁球的运动方向。 在原放置 木块的位置，固定 一 个 阻 值 １０Ω 左 右 的 滑 动 变 阻 器，由电源（直流１２Ｖ）、开关、数字 电 压 表、保 护 电 阻 等 组 成 数 字 显 示 电 路 。 当 小 铁 球 从 不 同 高 度 （或 不同质量的小 球 从 同 一 高 度）释 放 时，小 铁 球 到 达 水平导轨后，推 动 滑 动 变 阻 器 滑 片 移 动，引 起 与 变 阻 器 并 联 的 数 字 式 电 压 表 的 示 数 变 化 ，将 小 铁 球 的 动能由数字电压表直观地显示出来。
第 ２３ 卷
中 小 学 实 验 与 装 备 ２０１３ 年 第 ４ 期
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自制·改进·创新
数字式动能探究演示器
广 东 省 广 州 市 番 禺 区 祈 福 英 语 实 验 学 校 （５１１４９５） 滕 红 英
１ 设计思想
现 行 的 人 教 版 初 中 物 理 教 材 “探 究 动 能 的 大 小 与 什 么 因 素 有 关 ”，是 通 过 在 斜 面 上 释 放 小 铁 球 ，让 小 铁 球 到 达 水 平 面 推 动 木 块 移 动 ，让 学 生 通 过 观 察 木块移动 距 离 的 远 近，从 而 判 断 小 铁 球 动 能 的 大 小。这种方法在 实 际 操 作 中，木 块 被 撞 击 时，若 铁 球不是正碰木 块，木 块 容 易 偏 离 轨 道 运 动，有 时 会 发生偏转，不能准确地反映铁球动能的大小。 为弥 补教材所示实 验 的 不 足，方 便 教 学 演 示 实 验，让 学 生 能 更 直 观 地 了 解 小 铁 球 动 能 的 变 化 情 况 ，笔 者 设 计 出 一 种 “数 字 式 动 能 探 究 演 示 器 ”，在 教 学 演 示 实 验 中 ，实 验 效 果 十 分 明 显 。
（５）点 燃 酒 精 灯 对 准 双 球 干 燥 管 的 小 球 预 热 后 加热。不久就看到黑色的氧化铜开始像着火似地 发 红 ，慢 慢 由 土 红 色 变 成 紫 红 色 ，这 时 熄 灭 酒 精 灯 ， 继 续 挤 压 胶 头 滴 管 ，使 稀 硫 酸 和 锌 粒 持 续 反 应 不 断 产生氢气。
原氧化铜、氢气的燃 烧 等 实 验 合 为 一 个 整 体，这 样 应装置更简单。
更 省 时 、省 事 ，增 强 实 验 的 连 贯 性 。
（３）充分利用熄 灭 酒 精 灯 后 继 续 通 入 的 氢 气， 收稿日期：２０１３－０５－２１
（３）通 过 双 球 干 燥 管 的 大 口 向 左 球 中 加 入 少 量 锌粒，通过小口 向 右 球 中 加 入 少 量 玻 璃 纤 维，并 使 玻 璃 纤 维 紧 靠 在 小 球 底 部 ，同 时 在 玻 璃 纤 维 上 均 匀 分布约０．２ｇ的氧化铜，再将已经接有 直 形 弯 管 和 铝质尖嘴管 的 Ｔ 形 管 连 接 好，将 直 形 弯 管 的 末 端 浸 入 到 盛 有 肥 皂 液 的 表 面 皿 中 ，最 后 将 带 胶 头 滴 管 （已吸有一定 量 的 稀 硫 酸 溶 液）的 橡 皮 塞 塞 到 双 球 干燥管的大口上。
如 图 ２ 所 示 （图 中 夹 持 装 置 已 略 去 ）。
４ 实验步骤
（１）按 图 ２ 所 示 连 接 好 装 置 。 （２）检 验 装 置 的 气 密 性 。 将 直 形 弯 管 的 末 端 浸
图 ２ 改 进 后 的 装 置
入盛有水的烧杯中，关 闭 Ｋ１，打 开 Ｋ２，用 手 挤 压 胶 头 滴 管 ，烧 杯 中 有 气 泡 产 生 ，说 明 装 置 气 密 性 良 好 。
图 １ 教 材 中 的 装 置
２ 实验用品
仪器：双球干燥管、酒精灯、表面皿、Ｔ 形管、直 形弯管、铝质尖 嘴 管、止 水 夹 （两 个）、橡 胶 管、胶 头 滴 管 、橡 皮 塞 等 。
药 品 ：稀 硫 酸 溶 液 （３ ｍｏｌ／Ｌ）、锌 粒 、氧 化 铜 、玻 璃 纤 维 、肥 皂 液 等 。
３ 实验装置
（１）本实验在药 品 的 用 量 上 实 现 了 微 量 化，同 中含钠离子，点燃时钠离子挥发，火焰呈黄色）。
时很好地控制了氢气的产生。
（４）由于双球干 燥 管 有 一 大 一 小 两 个 球，可 以
（２）将氢 气 的 制 取、氢 气 纯 度 的 检 验、氢 气 还 分别做氢 气 的 制 备 和 氢 气 的 反 应 装 置，从 如图３所示。
图 ３ 成 品 实 物 图
收 稿 日 期 ：２０１３－０４－２１
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可停止。
让学生观察纯净的氢气在空气中燃烧时的实验现
５ 改进后装置的优点
象。本实验中为了使学生观察到氢气火焰的真正 颜色，用铝质尖嘴管 替 代 了 玻 璃 尖 嘴 管 （由 于 玻 璃
（６）打开 Ｋ１，同时关闭 Ｋ２，在 铝 质 尖 嘴 管 口 点 燃 氢 气 ，可 以 观 察 到 氢 气 在 空 气 中 燃 烧 时 火 焰 呈 淡 蓝 紫 色 （极 淡 的 蓝 紫 色 ）。 为 了 证 明 氢 气 在 燃 烧 ，可 以 将 火 柴 、棉 花 等 用 火 焰 点 燃 。
（７）待 装 置 冷 却 后 ，停 止 挤 压 胶 头 滴 管 反 应 就
（４）关闭 Ｋ１，打开 Ｋ２，轻 轻 挤 压 胶 头 滴 管 使 少 量 硫 酸 溶 液 和 锌 粒 接 触 ，这 时 会 观 察 到 表 面 皿 中 的 肥 皂 液 不 断 起 泡 泡 。 将 气 泡 聚 集 在 一 起 ，用 点 燃 的 长木条接触气 泡，如 果 听 到 尖 锐 的 爆 鸣 声，表 明 氢 气 不 纯 ；继 续 将 产 生 的 气 泡 聚 集 ，再 次 点 燃 ，如 果 点 燃 气 泡 时 发 出 的 是 “噗 噗 ”的 声 音 ，表 明 氢 气 已 经 较 纯净。