錢亞兵等(2003)用酒精燈加熱Y型管內木炭、炭黑、活性炭、石墨粉和氧化銅的混合物進行實驗，發(fā)現(xiàn)木炭和氧化銅的比例在1∶1之間時實驗效果較好。郝金生等(2005)設計了不同的比例(13∶12)，總量為13∶12，總量為5。姜等(2005)采用用酒精燈加熱質量比為1∶1的混合物的方法，成功率達90％，特點是將裝置由臥式改為立式。楊紹武(2009)用電烙鐵作為熱源，先將繞好的銅線氧化，再用木炭粉還原氧化銅。 綜上所述，木炭還原氧化銅實驗的改進通常從三個方面進行：一是用其他形式的碳代替木炭；二是調整混合料的配比和用量；三是提高熱源的溫度；四是改變實驗裝置。實驗方法設計與實施211實驗設計思路在對現(xiàn)有實驗研究分析的基礎上，筆者認為，一個好的教學實驗應符合物資簡單、現(xiàn)象明顯、安全可靠的原則。與其他替代品相比，木炭更容易獲得、更經濟，應作為首選反應物；反應混合物的配比和用量對實驗效果影響較大，應進行詳細研究；酒精噴燈的溫度雖然比酒精燈高得多，但其使用要求高，在中學化學實驗室中并不普及，應盡可能采用酒精燈作為熱源；原有的臥式試管裝置加熱不集中，應考慮采用更為有利的實驗裝置。 作者的改進策略是：選取不同比例和數(shù)量的木炭和氧化銅混合物，以酒精燈為加熱源，在立式裝置中進行化學實驗（圖2）。

mail:@實驗控制與數(shù)據(jù)處理21211實驗藥物與儀器木炭(市售)、氧化銅(分析純，天津市輔辰化學試劑廠)、澄清石灰水、電子天平、酒精燈、硬質試管()、鐵絲網蓋、鐵架、帶膠塞的導管、彈簧水塞。 21212 總質量相同（2種不同比例）的實驗對比 根據(jù)木炭還原氧化銅的反應化學方程式：，選取不同比例的藥物研磨成粉末混合均勻，分別兩次稱量，實驗時溫度在25~30度之間，實驗記錄見表1，在得到初步結果后，設計了一組比例在10~111之間的實驗（表2） 1′51″1′43″1′57″2′21″2′00″1′53″ 渾濁紅熱，產生大量氣泡，渾濁紅熱，渾濁紅熱，渾濁紅熱，渾濁偶爾紅熱，氣泡，石灰 不同比例暗紅色層狀粉末的實驗對比 比例1：1 加熱時間 2′30″ 1′51″ 1′45″ 2′02″ 實驗現(xiàn)象 紅熱，產生大量氣體 紅熱，大量氣體 紅熱、大量氣體 實驗結果 亮網銅混合少量黑色粉末 亮網銅 亮紅色網銅塊，顏色微紅 21213 實驗數(shù)據(jù)分析 當混合物總質量為212時，可以觀察到明顯的紅熱現(xiàn)象，并有大量氣體放出，使清澈的石灰水變得渾濁；當比例為11313時，較難見到紅熱現(xiàn)象，放出的氣體量也較少。

從產物分析，配比在110-111時，反應比較完全，生成鮮紅色的蜂窩狀（網狀）金屬銅塊，具有延展性，為反應最佳配比范圍。配比在10之間時，出現(xiàn)反應不完全的炭粉，且炭粉含量越高，殘留的黑色粉末越多，但表面生成的銅珠較大。配比在113-13之間時，產物主要為層狀的深紅色粉末。單獨使用炭粉（0.15）進行實驗時，在加熱過程中試管底部微微變紅，加入清石灰水1分鐘后變渾濁，1分鐘后明顯渾濁。冷卻后稱量殘留物，發(fā)現(xiàn)減少了約0.105，說明在加熱過程中約有10%的炭粉與試管中的氧氣發(fā)生了反應。 2.13實驗結論木炭還原氧化銅反應可以在比較寬的配比范圍(1.12)內發(fā)生，在低配比段，可得到金黃色的銅珠，但同時出現(xiàn)殘留的黑色木炭粉；在10~111之間，配比較高時，易生成紅色的氧化亞銅(Cu2O3)。還原反應后銅珠的大小應該與反應過程中放出的熱量有關，足夠的熱量能使小的銅粒熔化成較大的銅珠。當混合料中木炭的用量足夠時，往往能得到較大的銅珠，說明木炭的用量稍過量有利于此反應。單純加熱木炭粉產生的氣體，也能使石灰水變渾濁。因此，石灰水的渾濁度不能作為木炭與氧化銅發(fā)生反應的充分證據(jù)。

木炭還原氧化銅實驗成功的關鍵從前面的實驗研究與討論可以看出，木炭還原氧化銅實驗成功的關鍵因素有兩個：一是引發(fā)反應所需的溫度；二是反應物的選擇與處理，如粒度、配比、用量等。下面我們結合實驗來分析一下這兩個方面。 311 提供持續(xù)穩(wěn)定的高溫引發(fā)反應 雖然木炭還原氧化銅的反應為放熱反應，但是從熱力學角度來說，要促使這個反應進行，需要克服一定的活化能，而且反應物都是固體，相互混合后，接觸面小，增加了反應的難度，所以穩(wěn)定的高溫是實驗成功的關鍵因素之一。 酒精燈的火焰溫度可達600℃左右，但因為火焰受溫度及周圍氣流的影響，需加鐵絲網罩收集熱量，再用擋風罩穩(wěn)定氣流，所以沒必要使用酒精噴燈。實驗裝置也會影響加熱的效率。在水平裝置中，由于藥物是平放疊放的，用酒精燈加熱時只有部分藥物被加熱，而且試管內的氣流使熱量難以集中，難以形成穩(wěn)定的高溫，反應通常只發(fā)生在試管內壁受熱部位，效果顯然不佳。垂直裝置則不同，反應混合物被壓實在試管底部，調節(jié)酒精燈加熱時，整個試管下部可完全被外焰包圍，熱量分布均勻，可得到持續(xù)的高溫。因此木炭還原氧化銅，一般在約1min內即可引發(fā)反應。 木炭還原氧化銅的反應是強烈的放熱反應，一旦發(fā)生反應，就會出現(xiàn)“紅熱現(xiàn)象”：反應熱能使反應物變成紅色，從反應物底部蔓延至頂部，十分耀眼。

與此同時，試管管口還迅速釋放出使石灰水變渾濁的氣體，整個過程可持續(xù)數(shù)秒鐘。所以，在實驗過程中，反應產物呈現(xiàn)紅熱狀態(tài)，釋放出的氣體可使石灰水變渾濁，產物見亮銅珠或網狀，鮮紅色的金屬銅應該是判斷反應是否順利進行的標志！312反應物的混合比例及用量本實驗所用反應物為氧化銅和木炭。氧化銅可選用一般化學試劑；木炭市售，燃燒徹底，但因為燃燒木炭所用的原料來源和方法不同，木炭中的碳含量也會不同，所以不同的人做這個實驗會得到不同的數(shù)據(jù)。我們實驗中，在10-111時反應已經非常完全，與劉懷樂老師（1 1016）的估計一致。 有人認為是1 11，也有人單純只認識到“最佳配比”因人而異、因地而異。使用新試劑時，需要做實驗。另外，混合反應物的總量也是不可忽視的因素，量太少，現(xiàn)象不明顯，量太多，反應過于激烈。為了安全可靠，作者設計了如下實驗：選取11種混合液，分別用110g和115g。 相同比例（111）但總質量不同的對比實驗 總質量/ 加熱時間 實驗現(xiàn)象 成功率/ 210 1′41″ 紅熱，大量氣泡 100 115 1′56″ 紅熱較多，氣泡較多 ~70 110 1′38″ 紅熱較少，氣泡較少 ~30 作者的解釋是： 此反應引發(fā)紅熱現(xiàn)象的條件，是讓試管中的混合反應物經過燈的火焰加熱后，接近反應所需的溫度，當?shù)撞康奈镔|開始反應時，放出的熱量使得附近的反應物也達到反應溫度，紅熱現(xiàn)象蔓延開來。

要完成這一過程，初始加熱階段要求在較短的時間內積累熱量，而混合物的大小此時起著重要作用。當量較少時（如110），火焰產生的熱量很容易通過熱傳遞散發(fā)到試管內的氣體中，反應只在底部局部發(fā)生； 當量增多時(比如210)，一定的厚度的混合料可以阻斷熱量的散失，有利于熱量的積累，從而提高實驗的成功率。顯然，在這個過程中存在著熱量的積累和散熱的競爭，這也是為什么同樣的實驗有時候成功，有時候失敗的關鍵所在! 313 實驗操作中的注意事項 上面討論了加熱裝置、混合反應物用量對本實驗的影響，實際操作中有幾個問題需要注意。 一是混合料的處理和裝填。試劑氧化銅為粉末狀，可直接使用；而木炭為塊狀，必須磨成粉后才能使用。用研缽將木炭研磨后篩在紗布上，即可得到木炭粉。按比例與氧化銅粉混合均勻，稱取適量，用紙槽將混合料送至試管底部，然后輕拍使其壓實也可用玻璃釘輕輕壓緊網校哪個好，擠出混合物中盡可能多的空氣，增加木炭與氧化銅粉的接觸面。二是預熱試管中的混合物。反應混合物中通常含有微量的水分，尤其是木炭木炭還原氧化銅，對雜質的吸附能力很強，為了使反應順利進行，應進行預熱。預熱不僅可以驅走反應物中混入的低沸點物質和水蒸氣，從而防止水蒸氣凝結回流，而且可以有效減少試管中殘留空氣量，減少氧氣對實驗的影響。值得注意的是，如果實驗過程中加熱時出現(xiàn)木炭粉沖上來，這往往是由于試劑沒有壓緊或預熱不充分造成的。三是裝置中試管內止水夾的使用，從預熱開始到出現(xiàn)紅熱現(xiàn)象前止水夾一直處于打開狀態(tài)。 待大量氣泡噴涌而出，管口氣泡逐漸平靜后，關閉止水夾，讓產品自然冷卻，此時試管內殘留的二氧化碳氣體成為保護氣。