浅谈我对木炭还原氧化铜的几点感悟

浅谈我对木炭还原氧化铜的几点感悟

化学是一门以实验为基础的学科，演示实验是一个最直接、有效的学习化学知识的手段，能让学生感受到化学就在身边，从而激发学生的学习兴趣，成功的演示实验对于教学来说尤为重要，只有现象明显的演示实验才是学习的助推剂。木炭还原氧化铜是初中化学的重点内容之一，这个实验的难度较大，且成功率比较小，稍不注意就会失败。以下是我从几年实际的教学中对该实验的几点感悟：

一、木炭还原氧化铜为什么需要较高的温度

用大学无机化学中的焓变，能够计算出∞＜0，则该反应是

一个放热反应那为什么还需要较高的温度？因为物质发生化学变化的过程，是原子重新组合的过程。必须破坏反应物内的化学键，形成新的化学键，才能得到新物质。要克服旧键断裂前的引力和新键形成前的斥力，相互作用的微粒必具有足够大的能量。也就是说，存在着一个对化学反应速度影响极大的活化能问题。木炭还原氧化铜的反应物晶体中，都存在着强的化学键。如使用的木炭，实质上有着石墨的晶体结构，碳原子以SP2杂化轨道与邻近的3个碳原子形成键能很大的C—C共价单键，并排列成六角平面的网状结构，整体结构异常稳定。所以，尽管每个碳原子还有一个自由的P电子，石墨的熔点也只比金刚石低50K左右，高达3300K以上。氧化铜也非常稳定，若无其他因素存在，仅凭加热铜氧间的化学键，那只有超过1273K时，氧化铜才能释放出氧，变成氧化亚铜。两反应物晶体结构的稳定，使木炭还原氧化铜的变化具有高的活化能。加之这个反应是固体和固体间的反应，变化只能在表面进行，更增加了反应的困难程度。不过，在经过研磨的木炭和氧化铜的晶体表面，有大量原子的化学键不饱和，甚至严重不饱和，具有很高的化学活性，

所以在加热的过程中，尽管整个反应体系不能在现出剧烈的现象，但仍有一些反应物发生变化，能观察到澄清的石灰水变浑浊，在反应完后，在黑色的粉末里有一些红色的物质，说明有二氧化碳和单质铜生成。不过，若控制好一些重要的实验条件，该反应仍能剧烈进行，出现明显的实验现象。

二、木炭和氧化铜放出热量的实验事实

在近几年的化学资料上，己经有了木炭和氧化铜实验现象的描述。我们在演示实验教学中，组织学生对这一反应进行过几十次的实验和研究，结论是，控制好实验条件，能使木炭和氧化铜的反应剧烈地发生，观察到下列现象：（1）对木炭和氧化铜的混合粉末加热一定时间后（短的2分钟，长的6多分钟），部分反应混合物开始燃烧；此时移走酒精灯，燃烧继续，几秒钟后燃烧完全，反应停止。燃烧本身就发光、发热。当燃烧开始后，停止加热而燃烧继续，则证实了反应放出的热量，足以使还未反应的混合物的温度升高到燃烧所需要的温度；（2）将木炭和氧化铜反应生成的产物在封闭的状态下冷却后取出观察，发现各次实验所得到的固体产物的形态各不相同，可分3种情况：①紫红色铜块，铜块有部分光亮的表面，挤压不烂；②紫红色小铜珠，坚硬、光亮，在一次实验中可同时得到几粒到十几粒；③整个反应混合物烧结成一整块，颜色为红色到暗红色，光泽不好，加压易碎，但不能压成粉末状。（3）木炭还原氧化铜的气体产物，能使澄清的石灰水变浑浊，证明反应产生的气体是二氧化碳。本实验取用的木炭和氧化铜，均被研磨成了极细的粉末，反应后变成铜块和铜珠，说明该反应生成的铜起码有一部分经过了熔化过程，这个过程是绝对不可能靠酒精灯的火焰温度就完成的，而只可能是反应本身放出了较多的热量，且被产物

铜有效地吸收的结果。这也有力地说明了木炭还原氧化铜有放出热量的现象，该反应是放热反应。

综上所述：控制好实验条件，才能进行成功的演示实验，不仅能使学生清晰地观察到具有紫红色的铜块或铜珠生成，而且对反应的产物还有科学的、直观的印象。从而对学生掌握化学知识有非常重要的作用。

三、木炭还原氧化铜的条件

为了木炭还原氧化铜的演示实验能成功地完成，应具备如下的基本实验条件：

（1）反应物的量，若木炭和氧化铜均能完全反应，则加热时提供的热量及反应中产生的热量利用率最高，成功演示的可能性最大。根据化学方程式，理论计算得出，m c：m c u o的比值为1：13.3时，两反应物恰好完全反应。但是，由于以下二个因素，①实验中取用的是木炭，内中含有一些盐和氧化物等等其它物质，②要使氧化铜中的铜被充分地还原出来，木炭需要稍微过量，实验经验的比值（m c：m c u o）为：1：10～1：10.5，在此比值范围内，反应的现象最明显。并且，木炭在称量之前，，应进行烘烤，除去吸附的水份，这样就可以减少反应物取量的误差，也拥有利于反应的发生。所以木炭应该过量。

（2）反应物的研磨和混匀，木炭还原氧化铜是固体物质之间的反应，因此，总的表面积的大小，固体物质之间的混匀程度，是影响反应速度、成败的至关重要的因素。固体物质研磨得越细，总表面越大，活化中心越多；加上均匀地混合，反应物间的原子或分子有效碰撞几率越大，反应越能成功。该实验中，应将合适质量比的木炭和氧化铜放入研钵内，进行充分的研磨和搅和，使其在研磨和搅和的过程中。得到充分的混匀。实践证明，若是认认真真地作了

这道操作工序，即便使用普通酒精灯加热混合物，也能观察到明显

的试验现象。否则，只有用酒精喷灯进行强热，才能使反应进行得

比较完全。

（3）酒精灯火焰旺盛、稳定。在反应过程中，应使整个反应混合物处在酒精灯火焰的包围之中，比较均匀而快速地获得热量，温度比较一致地升高。当反应在一个点发生时，被能比较快地蔓延开，使反应的进程缩短，释放出的热量集中，散失少，则反应体系的温度迅速升高，导致剧烈反应，进行燃烧。产物铜也就在剧烈反应的高温中被熔化、凝成铜块或铜珠。

四、教师对实验的态度

每一次的演示实验，成功的机会只有一半。对于木炭还原氧化铜来说，完全成功的机会更小，而许多教师在做这个演示实验时，现象并不明显，而为了教学或完成教学内容，强行得出应有的结论，学生只有一味的接受，并会持怀疑的态度，会影响学习的兴趣；有的实验现象看到的是砖红色物质，可教师就得出那是铜，而许多教师心里也清楚那是氧化亚铜，可是为了一味的教学而不注重实事求是，当然学生不知真正缘由，可老师应该坦然面对实验结果，并进行讲解实验失败的原因，该实验的注意事项，教会学生实事求是。教师应该在课后再认真的分析和实验，找到问题的根源，找到成功演示的所有条件，为以后做实验打下坚实的基础。只有教师有实事求是的态度，学生才会真正学到科学知识。

总之，演示实验是一把双刃剑，成功且现象明显演示实验，则是学习的好帮手；否则，会让学生失去学习积极性。故教师应该广闻博记，扎实专业知识，对特难的实验多实验；多改进；多交流，找到最能成功演示的条件，以使自己的教学水平不断提高。