摘要：在实验教学中，对文献中的一氧化碳还原氧化铜一体化实验进行了优化，增加了气体循环系统，确保有充足的一氧化碳用以还原氧化铜，并利用湿润的氯化钯试纸检验一氧化碳的存在，提高了实验教学的有效性。
关键词：一氧化碳还原性；一体化实验装置；优化设计
一、问题的提出
人教版《化学(九年级上册)》第122页只是给出了一氧化碳还原氧化铜的化学方程式，并没有安排有关的实验[1]。为了使教学更加直观，并培养学生的科学探究意识和证据推理素养，不少化学教师设计了一氧化碳还原氧化铜实验。该实验的首要任务就是制备一氧化碳气体，但随着中学化学实验室危险化学品管理的不断升级，学校不能保存浓硫酸，因而无法制备一氧化碳；即便有了浓硫酸，制备一氧化碳气体仍是一件具有安全风险的事情。王权、陈宇和宁晓强设计的一氧化碳还原氧化铜一体化实验(有关的实验装置见图1)无须使用浓硫酸；他们还利用二氧化碳传感器验证了试管内二氧化碳气体的减少，利用热成像技术验证了试管内一氧化碳气体的存在[2]。但笔者发现，在缺少二氧化碳传感器及热成像技术的条件下，利用上述装置进行一氧化碳还原氧化铜实验无法观察到二氧化碳气体的减少及一氧化碳气体的生成。另外，该实验装置产生的一氧化碳的量也是有限的。鉴于此，笔者对上述实验装置进行了优化，使该一体化实验在常规条件下即可顺利进行，而且实验现象更加直观。
二、优化思路
选用石英材质的双具支试管(或玻璃管)作为反应容器，在试管外增加气体流通管道，以促进二氧化碳气体与木炭充分反应，从而产生较多的一氧化碳气体；借助湿润的氯化钯试纸，检验一氧化碳气体的存在；再通过氧化铜由黑变红，从而得出一氧化碳气体具有还原性的实验结论。
三、实验用品
20mm×200mm石英材质的双具支试管(或石英材质的玻璃管)、酒精喷灯(或立式防风打火机)、铁架台、单孔橡皮塞、导气管、小气球、木炭、氧化铜、氯化钯试纸等。
四、实验装置
新设计的实验装置见图2。
五、实验步骤
第一步，取一支20mm×200mm石英材质的双具支试管；取少量氧化铜粉末，用蒸馏水调成糊状，然后用小型排笔蘸取糊状的氧化铜，将其涂抹在双具支试管中部的管壁上，晾干，备用。第二步，用长短合适的软胶管，将双具支试管的两个支管口连接起来；再往试管底部放入足量的木炭，并在靠近试管口的管壁上贴上一张湿润的氯化钯试纸，然后用向上排空气法使双具支试管里集满二氧化碳气体(见图3)。第三步，按图2所示连接好整个实验装置。第四步，点燃酒精喷灯，对试管进行预热，然后集中加热木炭3～4min。有关的化学方程式是：C+CO2高温=2CO可观察到木炭略有减少，小气球逐渐变大，湿润的氯化钯试纸也由黄色逐渐变为蓝色，充分说明试管里已充满一氧化碳气体。有关的化学方程式是：CO+PdCl2+H2O=CO2+Pd↓+2HCl第五步，移动酒精喷灯，对准氧化铜加热2min左右，可很快观察到氧化铜由黑色变为红色，充分说明一氧化碳气体具有还原性。有关的化学方程式是：CO+CuO△=Cu+CO2CO+2CuO△=Cu2O+CO2
六、几点说明
第一，本实验使用的酒精喷灯也可用立式防风打火机(火焰温度近1000℃)代替，加热药品更方便。第二，本实验增加了气体循环系统，有利于试管(或玻璃管)内气体的流动，这样就能使更多的二氧化碳气体转变成一氧化碳气体，使氧化铜的还原反应得以充分进行。第三，实验中小气球起到密封装置的作用，同时在反应过程中调节体系内压强的变化，因此小气球必须套接牢固，不得漏气。另外，在将小气球套接到导管口上时，要确保气球是瘪的，如果残留有空气，就会降低体系内一氧化碳气体的浓度，影响实验效果。第四，如果没有双具支试管，也可以用石英材质的玻璃管(20mm×200mm)来代替，有关的实验装置见图4。
七、实验优点
一是本实验装置还可以用来演示一氧化碳还原氧化铁的实验，只需将氧化铜更换为氧化铁即可。二是本实验免去了用危险品浓硫酸制取一氧化碳的操作，因此提高了实验的安全性和简便性。三是本实验设计思路清晰，原理简单，能确保一氧化碳气体足量；实验体系内先后进行木炭还原二氧化碳、一氧化碳还原氧化铜这两个还原反应，有利于学生理解和掌握木炭及一氧化碳的还原性。
参考文献
[1]义务教育教科书化学(九年级上册)[M].北京:人民教育出版社,2012:122.
[2]王权,陈宇,宁晓强.一氧化碳还原氧化铜实验的一体化设计[J].化学教育,2021(3):92-95.
作者：仇荣亚 李德前 单位：江苏省盐城市明达初级中学 江苏省徐州市西苑中学