1、木碳還原氧化銅實驗條件優化講授提要第一部分 木碳還原氧化銅實驗基本理論一、現行實驗及存在的問題1.現行實驗方法：(初中化學教材人教2012版p110)把剛烘干的木炭粉末和氧化銅粉末混合均勻，小心地鋪放進試管，并將試管固定在鐵架臺上。試管口有通入澄清石灰水的導管，用酒精燈（可加網罩以使火焰集中并提高溫度，最好使用酒精噴燈）加熱混合物幾分鐘。然后先撤出導氣管，待試管冷卻后再把試管里的粉末倒在紙上。觀察現象并分析。裝置圖如下：2.實驗現象該實驗成功的現象有三個方面：(1)反應有著劇烈的“紅熱現象”；(2)有光亮的紫紅色塊狀或顆粒狀固體生成； (3)澄清石灰水變渾濁。三現象缺一不可，(1)證明了反應是

2、一個放熱反應，也是實驗成功的首要標志，(2)和(3)分別證明了Cu和CO2的生成。張翼, 黎國蘭.碳還原氧化銅實驗條件優化探究J.綿陽師范學院學報,2008,27(8):58-613.實驗存在的問題：“木炭還原氧化銅”實驗是初中教材中的難點,也是所有演示實驗中成功率最低的一個。在實際的教學中主要存在如下六個方面的問題。蘇秀芳. 對炭還原氧化銅實驗的探討J. 南寧師范高等專科學校學報.2002,19(3):79-80（1）難以看到“紅熱現象”；（2）常常產生磚紅色固體，而非光亮的紫紅色塊狀或顆粒狀固體；（3）反應產物中夾雜黑色物質；（4）一些中學無酒精噴燈，用酒精噴燈加熱時，試管易變形，費時，噪

3、音大；（5）石灰水易倒吸，使試管破裂；（6）生成物中CO的隨意排放可能帶來健康危害。其中（1）和（2）兩個問題是實驗最難于解決的問題。二、反應原理及過程1.反應原理文獻報道的反應原理：C+2CuO=Cu2O+CO .(1)CO+Cu2O=2Cu+CO2 (2)總反應方程式：C+2CuO=2Cu+CO2 .(3)可能的副反應有：C+O2=CO2 2C+O2=2COCuO+CO=Cu+CO2 C+CO2=2CO 2CO+O2=2CO2老師新的研究結果：“紅熱”前（小于1026）反應機理：C+2CuO=Cu2O+CO .(1) rH0m(298K)=35.475KJCO+Cu2O=2Cu+CO2 (

4、2) rH0m(298K)=-114.384KJCO+CuO=Cu+CO2 (3) rH0m(298K)=-125.681KJ重要的副反應：含碳有機物，熱解生成CO2、CO、H2等。“紅熱”過程（大于1026）反應機理：2CuO=Cu2O+1/2O2 .(4) rH0m(298K)=146.000KJ2C+O2=2CO.(5) rH0m(298K)=-221.050KJCO+Cu2O=2Cu+CO2 (6)CO+CuO=Cu+CO2 (7)2.反應過程：從研究報告和課題組研究結果歸納，以氧化銅分解溫度1026為分界點，可將木碳還原氧化銅的實驗歸納為二個階段。階段反應體系溫度主要反應實驗現象特點

5、第一階段1026以下C+2CuO=Cu2O+COCO+Cu2O=2Cu+CO2CO+CuO=Cu+CO2無“紅熱”、暗紅色粉末、少量氣體速率慢，轉化率小、維持時間約12min左右第二階段10261083.42CuO=Cu2O+1/2O22C+O2=2COCO+Cu2O=2Cu+CO2CO+CuO=Cu+CO2“紅熱”、網狀銅、大量氣體速率快，轉化率大，維持時間共約數秒大于1083.4“紅熱”、銅珠、大量氣體 在第一階段，加熱下C與CuO在吸收熱能后發生反應生成Cu2O和CO，CO再與Cu2O生成Cu和CO2，并放出熱量，使反應體系溫度進一步升高，許多不成功的實驗往往停留在第一階段。實驗是否成功

6、主要由這一階段的溫度提升情況決定。若反應量大，反應速率大，提供的熱能大，散熱少，溫度容易提高到1026而進入第二階段。因此提高反應量，有效提供熱能及減小散熱是實驗改進的基本思路。在第二階段，CuO獲得能量在1026分解為Cu2O和O2，此時，C與O2發生不完全燃燒生成CO，紅熱過程實質是C的不完全燃燒過程，然后CO還原Cu2O為Cu，反應產生的大量熱量進一步提升溫度，如果溫度處在銅熔點1083.4以下。“紅熱”后得到的是網狀銅，如果體系溫度高于1083.4，得到銅珠。銅珠的出現，是由于表面張力的作用致使液態Cu冷卻后成比表面最小的球狀。三、紅熱前反應的熱力學分析在不同溫度下的熱力學函數數值方程

7、式溫度（K）rH0m（KJmol-1）rG0m（KJmol-1）rS0m（KJmol-1）C+2CuO=Cu2O+CO29833.1900-25.1690200.7030100025.1674-163.6691188.8365CO+Cu2O=2Cu+CO2298-116.3040-114.8150-11.55801000-119.0595-101.3980-17.6615C+2CuO=2Cu+CO2298-83.1140-139.9840189.14501000-93.8921-256.0671171.1750木碳還原氧化銅是分為兩步進行的。(1) 式和(2) 式在298K、1000K的rG0

8、m 均小于零，兩個反應都有自發進行的趨勢。rH0m表明，(1) 式為吸熱反應，(2) 式為放熱反應，總反應為放熱反應。升高溫度有利于(1) 式反應的進行。對于C還原CuO實驗，關鍵是要引發(1) ，即需要較高的溫度使反應物升溫迅速達到(1)的活化溫度。(2) 式反應放出的熱量進一步提升體系溫度，進一步加速了(1) 式和(2) 式反應。相關物質物理化學參數名稱分子式相對分子質量顏色、狀態溶解性（g）熔點（）密度（g/cm3）氧化銅CuO79.55黑色至棕黑色無定形或結晶粉末不溶1026分解6.315石墨C12.0黑灰色無定形粉末不溶3000以上1.92.3木炭C12.0深褐色或黑色多孔固體不溶1

9、.31.4碳酸氫鈉NaHCO384.01白色細小晶體7.8（18）2702.159堿式碳酸銅Cu2(OH)2CO3221.12草綠色的單斜系結晶纖維狀的團狀物，或深綠色的粉狀物不溶于水220時分解3.85銅Cu63.55紫紅色光澤的金屬不溶1083.48.92氧化亞銅Cu2O143.09紅色結晶性粉末不溶12356.0二氧化碳CO244無色無味氣體可溶-56.61.98 g/L一氧化碳CO28.01無色無味的有毒氣體，空氣中爆炸極限12.5%74%難溶-2071.250 g/L木炭灰分含量在 6%以內，孔隙占木炭體積7%以上。CuO：熔點1326，不溶于水。溶于稀酸，氰化鉀與碳酸銨溶液，緩慢溶

10、于氨水。在1026以上分解為氧化亞銅與氧氣，加熱時易被氫、碳、一氧化碳、氨等還原為銅。可用作制玻璃或瓷器的著色劑(藍色或綠色)、有機合成的催化劑、油類的脫硫劑，還用于氣體分析。由碳酸銅或硝酸銅受熱分解制得。四、動力學分析影響反應速率的主要因素及可采取的措施思考幾個問題：1.為什么有的實驗結果是光亮的銅珠?而有的是網狀Cu?2.為什么有的實驗無法產生“紅熱”現象，而有的甚至采用酒精噴燈也無“紅熱”現象？3.磚紅色產生的原因是什么？4.最好結果的實驗現象是什么？5.本實驗為什么會產生“紅熱”現象？1.反應體系的溫度反應體系的溫度越高，反應越容易進行，溫度是決定實驗成功的決定性因素。對于固-固反應，

11、通常具有很高的活化能，升高溫度不僅能提供反應所需活化能，同時可提高固相質點的傳質速率，從而加速反應。實驗室常用的加熱器中，酒精燈加熱溫度可達400-500（外焰溫度可達610）；加防風罩酒精燈，加熱溫度可達500-600（外焰溫度可達700）；酒精噴燈加熱溫度可達700-900。如果僅靠這些加熱器提供的熱能，是無法達到產生紅熱現象的1026的，實驗的成功是要依靠反應（2）提供的反應熱來提升溫度。提高反應溫度可采取如下措施：（1）選用適宜的加熱器。驗室常用的加熱器有由于酒精噴燈的一些弊端，選擇防風罩酒精燈最為適宜。（2）增粗燈芯及適度增長燈芯外露部分，增大燈焰賈玉江，賈華娜.木炭還原氧化銅實驗教

12、學研究J.中學化學教學參考，2005，（1，2）：64（3）選擇適宜的固體總量。溫度能否達到1026而出現“紅熱”現象，取決于三個方面：供熱升溫速率、散熱降溫速率及反應放熱升溫速率。只有供熱升溫速率與反應放熱升溫速率之和大于散熱降溫速率，升溫才能有效進行。固體總量越多，供熱升溫速率越低，因此，引發紅熱時間隨固體總量的增加而延長，當固體總量過高時，堆積體上下溫差越大，容易出現局部“紅熱”現象，甚至不能發生“紅熱”現象。固體總量過低時，反應放熱少，而升溫對象不僅僅是反應物，還包括試管及管內空氣，使溫度不能達到1026，無“紅熱”現象。固體總量過高或過低，實驗都看不到“紅熱”現象，固體總量在1.02

13、.6g范圍內都能看到“紅熱”現象，1.3g左右時，實驗時間短且現象佳。反應物總量對實驗的影響松木炭研磨5min，110干2h，m(CuO)/m(C)=10.5，混合研磨5.5min混合物質量/g0.32850.65701.05121.31401.57681.97102.62805.2560引發紅熱時間無紅熱無紅熱115116145153219無紅熱紅熱時間95767產物性狀大量黑粉末夾少量暗紅色大量黑粉末夾少量暗紅色紫紅色光亮小銅珠紫紅色光亮大銅珠紫紅色光亮大銅珠大銅珠夾黑色粉末網狀銅大量黑色粉末溫度相對高低+（4）固體平鋪厚度均勻，并全部落在火焰范圍，有利均勻升溫。（5）平鋪固體用玻棒壓實，

14、有利傳熱。（6）試劑烘干，減少水分及炭表面的吸附氣體，有利于加快體系升溫。2碳的來源或種類在研究報告中出現的炭的種類繁多，大體包括活性炭，試劑碳粉，石墨碳，市售木炭，及自制木炭。其中，市售木炭又包括不同木材制得的木炭，如栗木炭、椰殼碳、杉木碳、松樹碳、青杠樹碳等。自制木炭包括火柴桿或一次性筷子干餾制得的炭，土豆或白薯燒制的炭，蔗糖或葡萄糖被濃硫酸脫水制得的碳等。研究報告普遍認為新鮮市售木炭、一些自制木炭具有更好的實驗效果。大多數種類的炭，是通過有機物的干餾所獲得，由于干餾有機物種類、干餾溫度、干餾時間的不同，炭放置場地及放置時間的不同，炭的性質是差異很大的，其中也包括影響本實驗的炭的組成、硬度

15、、晶體缺陷及新鮮度等。(1) 炭的組成炭由全水分、固定碳、揮發分、灰分組成。灰分是多種金屬氧化物和機鹽，對于木炭來說，灰分通常不大于6%。揮發分是CO、CO2、H2、CH4及其它不凝性氣體產物，來自于炭中未炭化有機物（脂肪族碳鏈及連接在類石墨微晶邊緣上的含氧官能團和氫）的熱解。揮發分的測定是將炭放在高溫爐中隔絕空氣加熱到850（可理解為炭的再次干餾）測定，炭還原氧化銅實驗加熱過程與揮發分測定的加熱過程類似，因此，炭還原氧化銅實驗中會產生上述氣體，其中的CO、H2對CuO的還原可能起一定的作用。木材干餾產生木煤氣，木煤氣占干木材質量的1618%，其中CO2：4050%，CO：2535%，CH4：

16、15%，H2：0.52.5%。固定碳是炭中固有單質碳與再次干餾后生成的單質碳及少量氫、氧元素之總和，炭還原還原氧化銅實驗中起主要作用的是固定碳，按照“木炭和木炭試驗方法”（GB/T17664-1999），合格的木炭其固定碳65%，不同來源炭的組成木炭名稱全水分/%固定碳/%揮發分/%灰分/%灰燼性狀柑子樹木炭4.0967.7726.825.41灰白色網狀柏樹木炭5.2774.0723.582.35灰色顆粒桉樹木炭4.7376.5721.142.29灰白色海綿狀白楊樹木炭4.6777.4618.773.77白色網狀活性炭6.2280.787.3911.83灰白色顆粒物松樹木炭6.0981.041

17、7.421.54灰白色海綿狀青岡木炭5.1081.7416.531.73灰色顆粒機制炭5.1683.7710.675.56卡其色粉末試劑石墨炭粉0.6295.264.390.35灰色粉末表2可見，不同來源的炭其組成差異很大。理論上講，固定碳含量越高，對實驗越有利。灰分含量越高，阻隔作用使單質碳與氧化銅之間的接觸面越低，反應速率越低，同時，灰分的升溫過程會消耗一定的熱能，降低了熱量利用率，不利于反應溫度的提升。因此，在木炭還原氧化銅中應選擇灰分含量低的炭。(2) 炭的硬度、晶體缺陷濃度炭的硬度越大，研細炭越困難，碳和氧化銅之間的接觸面越低，越不利于固相反應。木炭的硬度無法輕易改變，在實驗中應選擇

18、硬度小的木炭。實際晶體都存在晶體缺陷，晶體缺陷包括點缺陷、線缺陷、面缺陷及體缺陷。不同來源的固體材料其晶體缺陷濃度不同，晶體缺陷濃度通常隨溫度的提高而增大。晶體缺陷濃度越大，材料研磨后的粒度越小。即便炭研磨很細，顆粒表面質點占固體總質點的比例也極小。如果沒有固相內部質點和外部其它質點的相互傳質遷移，固體反應是難以有效發生的，固體反應不僅僅發生在固相接觸的表面。晶體缺陷為質點的內外部傳質遷移提供了可能，晶體缺陷濃度越高，質點傳質擴散速率越大，固體反應速率越大。晶體缺陷濃度是材料的固有屬性，通常，具有疏松多孔結構的固體，有較高的晶體缺陷濃度，因此，應選擇具有疏松多孔結構、輕質木炭為宜。炭研磨后的粒

19、度大小是由炭硬度、晶體缺陷濃度及解理性綜合決定。石墨炭粉顆粒本身極細就主要是由于其具有很好解理性。炭研磨后的粒度越小，C與CuO的接觸面越大，越有利于固相反應的發生。表5表明，經過5min研磨的木炭，70%以上的顆粒大于200目，其中機制炭、青岡木炭、活性炭大于200目顆粒較少。這一結果與研磨過程中的手感一致。不同來源木炭研磨后粒度差異質量分數200目/%100-200目/%60-100目/%60目/%松樹木炭85.97.05.02.1桉樹木炭82.48.36.03.3白楊樹木炭87.29.51.02.4柏樹木炭85.48.22.93.4柑子樹木炭82.311.53.72.5機制炭73.514

20、.73.97.9青岡木炭69.918.96.34.9活性炭75.114.05.25.8研磨時間越長，顆粒越小。研磨時間以10min為宜，其后的研磨對顆粒的減小貢獻不大。研磨時間對粒度的影響松木炭研磨時間t/min200目/%100-200目/%60-100目/%60目/%349.36.68.735.4564.07.57.720.8875.711.27.16.01085.97.05.02.11587.97.33.31.52090.06.62.70.7 (3) 炭的含水率及新鮮度對實驗的影響木炭含水率通常在6%以下，在m(CuO)/m(C)一定的情況下，實驗發現炭是否炭烘干幾乎無影響，即便在烘干、

21、研磨、混勻的炭與氧化銅混合物中加水至含水率達22%，實驗依然成功，只是引發“紅熱”的時間延遲12 S。但是木炭中過多水分會影響研磨效果，因此，研磨前應將木炭烘干。長期存放的炭，表面會吸附空氣中的氣體，理論上表面雜質的存在會阻礙碳與氧化銅的有效接觸，但表面雜質質點的量相對與碳的質點來說微不足道，且加熱過程中雜質質點揮發逸散，理論和實驗都表明，炭的新鮮度對實驗的影響不大。這一分析被實驗所證實。在一些教學演示實驗中，無論怎么改變反應物的配比及提高反應溫度（甚至使用酒精噴燈加熱，試管已灼燒變形)也看不到紅熱現象。其原因主要是炭種類選擇不當。而在相同條件下，改變炭的種類，實驗卻非常容易成功，因此，炭的種

22、類是影響實驗的關鍵因素之一。不同來源炭之間的比較m(木炭)=0.114 g，m(CuO)=1.200 g，t(混合研磨)= 5.0 min炭的種類柏樹木炭白楊樹木炭桉樹木炭松木炭柑子樹木炭青岡木炭紅熱前時間/s117134117116136143紅熱時間/s475589紅熱前出水體積/mL362228273638反應后出水總體積/mL172172161174165167紅熱前出水體積/反應后出水總體積20.9%12.8%17.4%15.5%21.8%22.8%CuO的轉換率/%98.398.392.0199.4394.2795.41產物性狀顆粒銅夾黑色粉末紫紅色銅珠紫紅色光亮銅珠（小）紫紅色光

23、亮銅珠（大）紫紅色網狀銅紫紅色網狀銅實驗中以排出水的體積近似代表氣體產生量，則“紅熱”前出水體積與反應后出水總體積的比值（表1）反映了“紅熱”前反應物轉化的程度，該值隨炭的種類不同而有所差別，范圍在12.8%22.8%（平均值為18.5%），“紅熱”前加熱用時117143（平均值為127），而維持紅熱的時間為49（平均值為6.3）。這意味著“紅熱”前反應物轉化程度低，且用時長，反應物的轉化主要發生在紅熱期間，平均有81.5%的反應物是在該期間實現轉化，且用時短。依據這些數據粗略計算可知，“紅熱”期間的平均反應速率大約是“紅熱”前平均反應速率的61(81.5%/6.3)/(18.5%/87)=6

24、1倍。表中木炭都能實現紅熱現象，其中青岡木炭成功率相對較低，而石墨、機制炭、活性炭無法看到紅熱現象。結論：應選擇密度小、硬度小、具有疏松多孔結構的木炭。3氧化銅的來源在研究報告中，氧化銅的來源主要有兩類，一是試劑氧化銅粉末（分析純或化學純），二是通過堿式碳酸銅或硫酸銅或硝酸銅加熱分解自制氧化銅。理論上，氧化銅的含量越高，粒度越小，晶體缺陷濃度越大，越有利于實驗的進行。不同來源的氧化銅的含量差異不大，含量都很高，因此，氧化銅來源差異對實驗的影響主要通過粒度差異和晶體缺陷濃度差異所導致。從已有的研究報告看，氧化銅的來源差異對實驗效果的影響并非特別顯著。因此，氧化銅的來源不是影響實驗的關鍵因素。4.

25、氧化銅與炭的比例理論上，氧化銅與碳反應的理論質量比m(CuO)/m(C)為13.3。由于炭中雜質的存在及多個副反應的發生需要消耗一定的碳，實際的m(CuO)/m(C)總是小于13.3。從大量研究報告看，m(CuO)/m(C)在很寬泛的范圍內（）都能實現紅熱現象葉久德.碳還原氧化銅的實驗研究J.實驗教學與儀器，2013，（4）：34-35，因此，氧化銅與炭的比例不是影響實驗的關鍵因素。在研究報告中，m(CuO)/m(C)的最佳值大多出現在1012之間，又以11.5左右出現的頻率最高。在最佳值，通常的現象是產生銅珠或網狀銅，無黑色物質。高于最佳值，往往出現紅色粉末，這是CuO相對過量，產生更多Cu

26、2O有關。而低于最佳值的附近，往往出現顆粒銅和夾雜少量黑色粉末，偏離最價值越遠，顆粒銅越少，黑色粉末越多，甚至不能發生紅熱現象。黑色粉末顯然是碳過量所導致。CuO與C的混合比例對產物性狀的影響松木炭，m(CuO)=1.200 g，t(混合研磨)= 5.0 minm(CuO)/m(炭)紅熱前時間紅熱時間紅熱前出水體積（mL）反應后出水總體積(mL)產物性狀產物中Cu2O質量（g）Cu2O產率/%9.0136841189小銅珠夾大量黑色粉末0.04634.2910.0111642186大銅珠夾少量黑色粉末0.05865.4310.5115550188紫紅色光亮大銅珠0.06455.9711.012

27、1643187紫紅色光亮小銅珠0.123111.4011.5117638185紫紅色光亮小銅珠0.176916.3812.0111738178網狀銅夾少量暗紅色粉末0.214519.8613.0131938155網狀銅夾大量暗紅色粉末0.242422.4414.0120831141網狀銅夾大量暗紅色粉末0.267824.8015.0113273575暗紅色粉末0.287026.57木炭還原氧化銅最佳的產物性狀應該是出現紫紅色光亮銅珠（網狀銅也可接受），且無黑色和暗紅色雜質。表可知，隨著m(CuO)/m(C)比值的增加，還原產物銅從大銅珠變為小銅珠，再變為網狀銅；比值小于10.5時，黑色粉末隨比

28、值增大而減少；暗紅色粉末是在比值大于11.5后出現，隨比值增大而增多。這一現象在其它研究報告及本課題組用桉樹木炭的研究結果中同樣出現，因此，這是一個沒有被其它研究者所認識到的共同規律。最佳性狀對應的比值前出現的黑色粉末是由于木炭過量所導致，且過量越多，產物中黑色粉末越多；暗紅色粉末應當是Cu2O與過量CuO的混合物，且CuO過量越多，產物中暗紅色粉末越多。為什么產物中Cu的狀態既有銅珠和網狀銅之分？銅珠還有大小之分？這其實都和反應“紅熱”后混合物的溫度高低有關。如果“紅熱”后混合物溫度不高（溫度處于10261083.4或略高于1083.4），還原產物Cu不能熔融或熔融量很少，Cu不能流動而固定

29、于原來位置，得到的就是網狀銅。如果“紅熱”后混合物溫度高于1083.4，且熔融量相對較多，液態銅流動聚集，后冷卻凝結變形成銅珠，且溫度越高，熔融銅越多，形成的銅珠越大。因此，Cu的狀態代表了“紅熱”后混合物的溫度高低，出現大銅珠時“紅熱”達到的溫度最高，其次是小銅珠，溫度最低的是出現網狀銅。C與CuO的混合比例會影響“紅熱”后混合物的溫度。當CuO不過量時，“紅熱”時C的不完全燃燒產生的熱量及CO還原Cu2O、CuO產生的熱量，可使混合物升溫并導致單質Cu熔融。但CuO過量時，一部分熱量用于過量CuO的熱分解，降低了混合物的升溫高度及Cu的熔融量，且CuO過量越多，這種影響越大。因此，C與Cu

30、O的混合物中，CuO的比例越高，“紅熱”后混合物的溫度越低，導致產物銅出現大銅珠、小銅珠及網狀銅的差異。表可知，產物中Cu2O質量隨著CuO含量的增加而增加。這是由于過量CuO分解所得，且由于木炭的不足，不能產生更多的CO以還原Cu2O所致。產物性狀與m(CuO)/m(C)比值之間存在的規律對中學教師完成木炭還原氧化銅實驗具有指導作用。預備實驗中，當出現銅珠且有黑色粉末，說明木炭過量，應降低木炭用量，當出現網狀銅且有暗紅色粉末，說明CuO過量，應降低CuO用量，直到僅出現紫紅色光亮銅珠（或網狀銅）。由于各中學炭的來源是不同的，氧化銅與炭的比例不能簡單依據文獻報道，文獻報道的數據僅能作為參考，氧

31、化銅與炭的比例只能通過實驗探究確定。需要說明的是，如果在探究中，在控制好其它實驗條件的基礎上，1012的比例都不能做出好的實驗效果，表明這樣的炭不能作為反應物，應該放棄，重新選擇碳的來源。5.炭與氧化銅接觸面積在反應體系溫度未達到1026之前，炭與氧化銅之間的固-固反應的反應熱是體系溫度上升的重要且必須的能量來源。接觸面積越大，反應速率越高。固相顆粒越小，混勻程度越高，固相接觸面積越大。在實驗室，傳統方法是采用研磨以減小顆粒粒度及實現兩相的混勻。接觸面積的大小可簡單通過研磨時間來表征，研磨時間越長，固相接觸面積越大。有研究報告表明，研磨后的炭與氧化銅顆粒應該達到180目以上才有好的實驗效果，4

32、0目以下甚至不能看到實驗現象。研磨時間理論上越長越好，研磨時間以5min10min為宜。研磨時間可通過實驗探究確定。林穗云.木炭還原氧化銅實驗方案的探討J.嘉應大學學報（自然科學），2002，20（3）：27-28第二部分 探究設計思路一、探究目的1.加深對碳還原氧化銅實驗原理、影響因素的理解；2.進一步學會利用簡單比較法進行實驗探究；3.提高分析問題，解決實際問題的能力。二、探究內容1.炭與試劑氧化銅最佳比例的探究。三、設計思路1.選擇并固定需探究的條件以外的其他條件（不是隨意確定）：溫度控制：選用防風罩酒精燈為加熱器；固體總量1.02.0g；試管豎直加熱，固體全部落在火焰范圍；固體用玻棒壓

33、實；試劑烘干。炭與氧化銅接觸面積控制：研磨510min。晶體缺陷濃度：材料已經固定，無選擇。2.證據的獲得（判斷依據）：定性和定量相結合，以定量為主要依據。并依據此設計3.固定CuO的量，改變C的量；并依據上述設計裝置圖。4.CuO的量的確定：依據選用的儀器情況，誤差要求等綜合考慮，以定量反應關系為基礎，以文獻資料為輔助加以確定。5. C:CuO比例值及范圍的設計原則：以定量關系和理論推測為依據，文獻資料為輔助。6.各比例的實驗順序：以估計最佳比例為中心，向兩邊擴展，跳檔實驗加插入，減少探究次數。7.實驗效果好壞的判斷是依據產氣量、固體產物性狀(以光亮銅珠為最佳，無黑色物質)、實驗時間綜合判斷

34、。注意：1.選用小試管；2.體系中的空氣量要少；3.空白實驗。第三部分 實驗設計方案一、儀器與藥品儀器：試管（15150mm）3支、鐵架臺1個、防風罩酒精燈1個、量筒（200ml）一個、不同規格橡皮塞各1個、打孔器1套、集氣瓶或燒瓶（200ml）1個、玻璃管100cm、銼刀1把、橡皮導管50cm、剪刀1把、研缽1或2個、玻璃棒1支、燒杯200ml一個、蒸發皿1個、量筒（10ml）2個。藥品：氧化銅（分析純、化學純也可）、木炭、NaHCO3（化學純）、澄清石灰水。200ml飽和NaHCO3溶液的初配：稱取15.6g NaHCO3于200ml燒杯中，加入蒸餾水至刻度，攪拌溶解。澄清石灰水：稱取0.16-0.3g Ca(OH)2于200ml燒杯中，加入100ml蒸餾水，攪拌，靜置。二、實驗裝置圖圖中改試管為豎直加