本實(shí)用新型涉及教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，特別是木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

背景技術(shù)：

實(shí)驗(yàn)是理科的基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生既能動(dòng)腦動(dòng)手進(jìn)行操作，提高思維能力與動(dòng)手能力；又能幫助學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)分析與解決問題的能力。所以中學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行自然科學(xué)教學(xué)的重要方法，是訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)技能與培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)綜合品質(zhì)的必要手段，是中學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容。木炭還原氧化銅的教學(xué)實(shí)驗(yàn)是九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)第六章課題1的教學(xué)的內(nèi)容。

木炭還原氧化銅的教學(xué)實(shí)驗(yàn)是從國(guó)民時(shí)期開始的。但是一直以來，實(shí)驗(yàn)存在的具有安全隱患、現(xiàn)象不明顯、實(shí)驗(yàn)時(shí)間太長(zhǎng)、成功率很低等問題未能得到有效解決，長(zhǎng)期困擾著教學(xué)人員。

目前木炭還原氧化銅的教學(xué)實(shí)驗(yàn)主要存在以下幾個(gè)問題：1、實(shí)驗(yàn)過程中用于反應(yīng)的試管容易被燒穿，而且教材沒有說明木炭和氧化銅的質(zhì)量配比及用量，如果加入木炭粉的含量太高、用量過多，所采用的試管空間大，內(nèi)部空氣質(zhì)量多，實(shí)驗(yàn)可能會(huì)發(fā)生粉塵爆炸，產(chǎn)生教學(xué)安全隱患；2、實(shí)驗(yàn)很難成功，且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，難以得到光亮、塊狀的單質(zhì)銅以及難以觀察到澄清的石灰水變渾濁現(xiàn)象，不利于學(xué)生掌握碳的還原性、理解抽象的氧化還原反應(yīng)；3、實(shí)驗(yàn)所耗時(shí)間較長(zhǎng)，教學(xué)效率低，不利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣以及教學(xué)推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于，提供一種木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。它使得木炭還原氧化銅實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單安全，實(shí)驗(yàn)過程現(xiàn)象及結(jié)果都十分明顯，且實(shí)驗(yàn)整體過程耗時(shí)短，不超過3分鐘，成功率達(dá)到100％，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣以及教學(xué)推廣應(yīng)用。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案：一種木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，包括下列步驟：

A、預(yù)熱酒精噴燈；

B、將木炭粉和氧化銅混合物裝進(jìn)石英試管中,石英試管一端用密封件密封，石英試管另一端通過連接管連接導(dǎo)氣管；

C、將石英試管固定，將導(dǎo)氣管伸入裝有澄清石灰水的容器中，再用酒精噴燈對(duì)石英試管進(jìn)行加熱；

D、待反應(yīng)結(jié)束后，將石英試管密封，冷卻石英試管；

E、取出反應(yīng)物，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

前述的木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，所述步驟B中木炭粉和氧化銅的質(zhì)量配比范圍為1:9-11。

前述的木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，所述步驟B中木炭粉和氧化銅混合物的總質(zhì)量為1-3g。

前述的木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，所述步驟B中石英試管的內(nèi)徑為0.8-1.2cm,長(zhǎng)度為12-20cm。

前述的木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，所述步驟C中，加熱溫度為800℃-1000℃，加熱時(shí)間為30-100s。

前述的木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，所述步驟D中，用冷水冷卻石英試管。

一種用于前述的木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)備，包括石英試管，石英試管一端安裝有密封件。

前述的木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，所述石英試管另一端通過連接管連接導(dǎo)氣管，導(dǎo)氣管伸入裝有澄清石灰水的容器中，連接管設(shè)有止水夾。

前述的木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，所述連接管包括L型玻璃管，L型玻璃管左端插入石英試管右端相連接，L型玻璃管下端通過軟管連接有導(dǎo)氣管，軟管上夾有止水夾。

前述的木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，所述連接管為橡膠軟管，直接套在石英試管與導(dǎo)氣管上。

前述的木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，所述密封件為插入式試管蓋或?yàn)閵A有止水夾的橡膠軟管。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，為了讓木炭還原氧化銅實(shí)驗(yàn)效果明顯，易于操作，并保障教學(xué)過程中的安全，本實(shí)用新型采用高溫反應(yīng)以提高實(shí)驗(yàn)效果，試管選用石英試管，在反應(yīng)中不會(huì)被燒穿，同時(shí)優(yōu)化木炭與氧化銅質(zhì)量配比以及控制木炭與氧化銅混合物總質(zhì)量，控制所使用的石英試管的管徑大小以及加熱溫度的大小，使得高溫反應(yīng)下不會(huì)產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象。用本實(shí)用新型所做實(shí)驗(yàn)，成功率達(dá)到100％，還能看到含銅量高的光亮塊狀銅，能夠讓學(xué)生直接觀察到實(shí)驗(yàn)效果，確保實(shí)驗(yàn)過程無安全隱患，且實(shí)驗(yàn)時(shí)間不超過3分鐘，操作簡(jiǎn)單，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣以及教學(xué)推廣應(yīng)用。發(fā)明人進(jìn)行了如下一系列實(shí)驗(yàn)，來證明本實(shí)用新型的效果：

將總質(zhì)量相同，不同質(zhì)量配比的木炭粉與氧化銅混合物在同等條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，得到的具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1：不同質(zhì)量配比的木炭粉與氧化銅混合物在同等條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的反應(yīng)數(shù)據(jù)

從表1可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)木炭粉和氧化銅的質(zhì)量配比為1:7或8時(shí)，所獲得產(chǎn)物中含有未反應(yīng)的木炭較多，光亮單質(zhì)銅塊較少；當(dāng)木炭粉和氧化銅的質(zhì)量配比為1:12或13時(shí)，所獲得產(chǎn)物中含有未反應(yīng)的氧化銅較多，所產(chǎn)生的單質(zhì)銅塊同樣較少，實(shí)驗(yàn)效果不理想。木炭粉和氧化銅的質(zhì)量配比范圍為1:9-11，使得最終所得產(chǎn)物中含銅量較高，可以從產(chǎn)物混合物中看到較多的光亮單質(zhì)銅塊，易于用實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行教學(xué)。

將同質(zhì)量配比(木炭粉和氧化銅的質(zhì)量配比為1:10.5)的木炭粉與氧化銅混合物在同等條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到的具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2：不同總質(zhì)量的木炭粉與氧化銅混合物在同等條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)的反應(yīng)數(shù)據(jù)

從表2可以發(fā)現(xiàn)混合物質(zhì)量為0.6g、0.8g，實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生光的時(shí)間較短，且光不亮；而混合物質(zhì)量為3.2g、3.4g，實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生光的時(shí)間雖然長(zhǎng)，但是光的效果不如1-3g的實(shí)驗(yàn)效果亮。木炭粉和氧化銅混合物的總質(zhì)量為1-3g，使得混合物在石英試管內(nèi)充分受熱進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)節(jié)約成本。

用不用內(nèi)徑的石英試管在同等條件下進(jìn)行木炭還原氧化銅實(shí)驗(yàn)，得到的具體數(shù)據(jù)如表3所示。

表3：用不同內(nèi)徑的石英試管在同等條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)的反應(yīng)數(shù)據(jù)

從表3可以發(fā)現(xiàn)使用內(nèi)徑為0.6、0.7的石英試管，雖然得到光澤度理想的生成物以及銅的顆粒大，但是操作不容易；使用內(nèi)徑為1.3、1.4cm的石英試管，雖然操作容易，但是生成物的光澤度不理想以及銅的顆粒小。石英試管內(nèi)徑為0.8-1.2cm，在方便裝反應(yīng)物的同時(shí)，還能確保石英試管內(nèi)部空氣容易排盡，得到光澤度理想的生成物以及銅的顆粒大。

用不同長(zhǎng)度的石英試管在同等條件下進(jìn)行木炭還原氧化銅實(shí)驗(yàn)，得到的具體數(shù)據(jù)如表4所示。

表4：用不同長(zhǎng)度的石英試管在同等條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)的反應(yīng)數(shù)據(jù)

從表4可以發(fā)現(xiàn)使用長(zhǎng)度為8cm、10cm石英試管，雖然取放物質(zhì)方便，但是不便于穩(wěn)固固定石英試管以及對(duì)石英試管兩端進(jìn)行連接或封閉；使用長(zhǎng)度為22cm、24cm石英試管，雖然便于穩(wěn)固固定石英試管以及對(duì)石英試管兩端進(jìn)行連接或封閉，但是取放物質(zhì)不方便。石英試管長(zhǎng)度為12-20cm，在方便取放物質(zhì)的同時(shí)，還能穩(wěn)固固定石英試管以及對(duì)石英試管兩端進(jìn)行連接或封閉。

在同等條件不同溫度、同等條件不同加熱時(shí)間下進(jìn)行木炭還原氧化銅實(shí)驗(yàn)，得到的具體數(shù)據(jù)如表5所示。

表5：在同等條件不同溫度、同等條件不同加熱時(shí)間下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)的反應(yīng)數(shù)據(jù)

從表5可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用600、700℃進(jìn)行加熱或者加熱20s、25s時(shí)，雖然安全，但是反應(yīng)物還有較多或少許未反應(yīng)；當(dāng)使用1100℃、1200℃進(jìn)行加熱時(shí)或者加熱105s、110s時(shí)，雖然反應(yīng)物反應(yīng)完全，但是酒精噴燈溫度達(dá)不到。加熱溫度為800℃-1000℃，加熱時(shí)間為30-100s，使得反應(yīng)安全、充分，便于有效利用教學(xué)時(shí)間展示學(xué)習(xí)。

通過連接管連接的導(dǎo)氣管，將所產(chǎn)生的氣體通向澄清石灰水，讓澄清石灰水變渾濁的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯。冷卻石英試管，在連接管上夾有止水夾，有效防止液體倒流、破壞實(shí)驗(yàn)結(jié)果，節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

綜上所述，通過本實(shí)用新型的方案，九年級(jí)實(shí)驗(yàn)的木炭還原氧化銅實(shí)驗(yàn)一直以來所存在的具有安全隱患、現(xiàn)象不明顯、實(shí)驗(yàn)時(shí)間太長(zhǎng)、成功率很低等問題得到有效解決，便于教學(xué)人員進(jìn)行安全有效地教學(xué)以及學(xué)生安全快樂地學(xué)習(xí)，具有顯著進(jìn)步。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中的標(biāo)記為：1-密封件、2-石英試管、3-連接管、301-L型玻璃管、302-軟管、4-止水夾、5-導(dǎo)氣管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明，但并不作為對(duì)本實(shí)用新型限制的依據(jù)。

實(shí)施例1：

一種木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，先預(yù)熱酒精噴燈；稱取木炭粉和氧化銅質(zhì)量配比為1:9-11的混合物1-3g，用實(shí)驗(yàn)勺裝進(jìn)內(nèi)直徑為0.8-1.2cm、長(zhǎng)度為12-20cm的石英試管2中；用密封件1封閉石英試管2一端，用連接管3連接石英試管2與導(dǎo)氣管5；再將石英試管2固定在架臺(tái)上，導(dǎo)氣管5另一端插入裝有澄清石灰水的容量瓶中，對(duì)石英試管2進(jìn)行加熱，加熱溫度為800-1000℃，加熱時(shí)間為30-100s；待反應(yīng)結(jié)束后，用止水夾4夾住橡膠軟管3，再冷卻石英試管2；石英試管2冷卻后，取出石英試管2中的反應(yīng)物，進(jìn)行觀察。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例為最優(yōu)實(shí)施方式。一種木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，先預(yù)熱酒精噴燈；稱取木炭粉和氧化銅質(zhì)量配比為1:10.5的混合物1.5g，用實(shí)驗(yàn)勺裝進(jìn)內(nèi)直徑為1cm、長(zhǎng)度為18cm的石英試管2中；用插入式試管蓋1封閉石英試管2一端，用橡膠軟管3直接套在石英試管2另一端與導(dǎo)氣管5一端上；再將石英試管2固定在架臺(tái)上，導(dǎo)氣管5另一端插入裝有澄清石灰水的容量瓶中，對(duì)石英試管2進(jìn)行加熱，加熱溫度為1000℃，加熱時(shí)間為50s；待反應(yīng)結(jié)束后，用止水夾4夾住橡膠軟管3，用冷水直接冷卻石英試管2；石英試管2冷卻后，取出石英試管2中的反應(yīng)物，進(jìn)行觀察。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：加熱到17s，木炭與氧化銅開始反應(yīng)，25s反應(yīng)開始劇烈，產(chǎn)生明亮的光持續(xù)20-40s，澄清石灰水瞬間變渾濁，得到光亮、大塊狀的銅。

實(shí)施例3：

一種木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，先預(yù)熱酒精噴燈；稱取木炭粉和氧化銅質(zhì)量配比為1:10的混合物2g，用實(shí)驗(yàn)勺裝進(jìn)內(nèi)直徑為1cm、長(zhǎng)度為16cm的石英試管2中；用插入式試管蓋1封閉石英試管2一端，用橡膠軟管3直接套在石英試管2另一端與導(dǎo)氣管5一端上；再將石英試管2固定在架臺(tái)上，導(dǎo)氣管5另一端插入裝有澄清石灰水的容量瓶中，對(duì)石英試管2進(jìn)行加熱，加熱溫度為850℃，加熱時(shí)間為75s；待反應(yīng)結(jié)束后，用止水夾4夾住橡膠軟管3，用冷水直接冷卻石英試管2；石英試管2冷卻后，取出石英試管2中的反應(yīng)物，進(jìn)行觀察。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：加熱到30s，木炭與氧化銅開始反應(yīng)，35s反應(yīng)開始劇烈，產(chǎn)生明亮的光持續(xù)20—30s，澄清石灰水瞬間變渾濁，得到光亮、較大塊狀的銅。

實(shí)施例4：

一種木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，先預(yù)熱酒精噴燈；稱取木炭粉和氧化銅質(zhì)量配比為1:9的混合物1g，用實(shí)驗(yàn)勺裝進(jìn)內(nèi)直徑為0.8cm、長(zhǎng)度為12cm的石英試管2中；用夾有止水夾的橡膠軟管1封閉石英試管2一端，用橡膠軟管3直接套在石英試管2另一端與導(dǎo)氣管5一端上；再將石英試管2固定在架臺(tái)上，導(dǎo)氣管5另一端插入裝有澄清石灰水的容量瓶中，對(duì)石英試管2進(jìn)行加熱，加熱溫度為800℃；加熱時(shí)間為60s；待反應(yīng)結(jié)束后，用止水夾4夾住橡膠軟管3，用冷水直接冷卻石英試管2；石英試管2冷卻后，取出石英試管2中的反應(yīng)物，進(jìn)行觀察。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：加熱到30s，木炭與氧化銅開始反應(yīng)，35s反應(yīng)開始劇烈，產(chǎn)生明亮的光持續(xù)12—30s，澄清石灰水瞬間變渾濁，得到光亮、較小塊狀的銅。

實(shí)施例5：

一種木炭還原氧化銅教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，先預(yù)熱酒精噴燈；稱取木炭粉和氧化銅質(zhì)量配比為1:11的混合物3g，用實(shí)驗(yàn)勺裝進(jìn)內(nèi)直徑為1.2cm、長(zhǎng)度為20cm的石英試管2中；用插入式試管蓋1封閉石英試管2一端，石英試管2另一端與L型玻璃管301左端相連接，L型玻璃管301下端通過軟管302連接有導(dǎo)氣管5；再將石英試管2固定在架臺(tái)上，導(dǎo)氣管5另一端插入裝有澄清石灰水的容量瓶中，對(duì)石英試管2進(jìn)行加熱，加熱溫度為1000℃；加熱時(shí)間為50s；待反應(yīng)結(jié)束后，用止水夾4夾住軟管302，用冷水直接冷卻石英試管2；石英試管2冷卻后，取出石英試管2中的反應(yīng)物，進(jìn)行觀察。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：加熱到17s，木炭與氧化銅開始反應(yīng)，20s反應(yīng)開始劇烈，產(chǎn)生明亮的光持續(xù)12—30s，澄清石灰水瞬間變渾濁，得到光亮、非常大顆粒的銅。

工作原理：預(yù)熱酒精噴燈，將木炭粉與氧化銅混合物裝進(jìn)石英試管2中，石英試管2一端用密封件1密封，石英試管2另一端通過連接管3連接導(dǎo)氣管5，將石英試管2固定后，用酒精噴燈對(duì)石英試管2進(jìn)行加熱，待反應(yīng)結(jié)束后，用止水夾4夾住連接管3，冷卻石英試管2，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。