谈谈“CO还原CuO(Fe2O3)”实验中一些不容忽视的问题

文章编号：1005－6629(2008)06－0011－02中图分类号：G633.8 文献标识码：C

实验室制CO和用CO还原CuO(Fe2O3)是中学化学教学中一个非常传统的演示实验，以下几个问题或许还需要我们有进一步的认识。

1CO的发生装置(如右图)，是应该把甲酸(HCOOH)装在烧瓶(分液漏斗)中， 还是应该把浓H2SO4装在烧瓶(分液漏斗)中， 抑或是两者具有随意性呢？

下表所列文献序号1～3是高校教材的要求，序号4～7是历年来中学化学教材和中学化学教辅资料的要求和规范。

可见，如果以有书为证，文献为据，甲酸和浓硫酸应该装放在什么容器中，应该是有随意性的。

在对传统文献的认识上，笔者拟想再作以下几点补充想必是有益的。

第一，在甲酸与浓H2SO4装放的位置上，笔者认为把浓H2SO4放在烧瓶里，甲酸放在漏斗中最为合理。原因是：浓H2SO4的沸点(338℃)远高于甲酸的沸点(100.5℃)。实验时，先在烧瓶中加入适量的浓H2SO4，然后再逐滴加入定量甲酸。两种溶液混合时放出的热量足可以使溶液温度上升到45℃～50℃。在不加热的条件下，这个温度就有适宜于收集CO的反应速度，产生大量CO。只当生成气体速度减慢时，再稍微加热，以使反应温度维持在50℃～60℃为宜。由于甲酸在过量浓H2SO4的作用下脱水充分，可以制得接近理论产量的CO气体(1mL-1.22g甲酸在室温下可以脱水制得600mL～620mL CO)。如果相反的放置，即把甲酸放入烧瓶，浓H2SO4装入分液漏斗中进行实验，势必容易形成甲酸过量，而且甲酸容易被蒸(馏)出来， 形成大量白色的甲酸酸雾。这时，如果在导气管口点燃(要验纯)， 实际燃烧的可燃物会有较多的甲酸蒸气。

第二，在甲酸与浓H2SO4的用量上，以体积比为1∶5为宜。例如，把1mL甲酸逐滴加入到5mL浓H2SO4中，混合时放出的热量，即可以把混合液的温度升高到45℃～50℃，使反应剧烈发生，生成的CO气流在导气管口点燃时，可持续燃烧呈淡蓝色火焰。在实验时，甲酸的实际用量都在1mL～2mL之间，这个用量可以收集到1L左右的CO，完全可以满足一般课堂演示实验的气体用量。

2如何做好CO还原CuO(或Fe2O3)的演示实验

2.1加热反应物之前不要忘了检验CO的纯度

CO是常见的可燃性气体。任何可燃性气体与空气混合都要考虑有可能爆炸的不安全性因素的问题。下表罗列了几种常见可燃性气体与空气混合的爆炸极限和燃点。据此不难判断，表内所列几种常见可燃性气体，它们的爆炸危险性大小关系是：乙炔>氢气>CO>甲烷。

CO与几种常见可燃性气体跟空气混合的

爆炸极限及燃点(101kPa)

如下图所示装置，用酒精灯隔着直玻管给反应物(CuO或Fe2O3)加热，当温度达到CO的燃点，如果CO的体积分数在爆炸极限内，这是很不安全的，有可能发生爆炸。据文献数据，一般酒精灯火焰的最高温度可达到665.5℃，加了防风罩的酒精灯的火焰最高温度可达到783℃，都高于了CO的燃点。可见，未经验纯的CO，直接用酒精灯加热玻璃管内的反应物部位，和点燃尾气的操作的不安全因素是不容忽视的。

2.2解决好用酒精灯加热反应物和处理反应后的尾气

如果用甲酸与浓硫酸反应生成的CO中混有空气，而且是在爆炸极限以内，点燃前后两个酒精灯，都会有爆炸的危险。前者是在直玻管和CO发生装置内发生爆炸，后者是在盛有石灰水的洗气瓶内的空间发生爆炸。为使实验万无一失，笔者建议在加热CuO(或Fe2O3)之前， 取一支试管用排水法在尾气管处(接一个导气管)收集CO， 反复进行验纯(像氢气的验纯)实验，以确保实验是安全的。其次，为了最大限度的克服实验的不安全因素，可以在洗气瓶中多加一些澄清石灰水，以给洗气瓶尽可能少留下一些空间。

2.3应当规范实验结束时的操作

在说课的过程中我们曾多次讨论，在实验结束时是应当先熄灭反应部位的酒精灯？还是应当先停止通CO？

众所周知，在氢气还原CuO的实验中，实验的最后操作是先停止加热后，还要继续通入氢气，直到试管冷却，目的是防止生成的铜重新被空气氧化成CuO。CO还原CuO(或Fe2O3)的实验里，尽管CO还原CuO的反应是在密闭的还原性空间内进行的，实验结束后只要不拆散装置，空气不会进入直玻管中，不存在生成的铜被空气氧化的问题。但是，如果停止加热后不继续通入CO，有可能造成洗气瓶中的澄清石灰水倒流回直玻管中，会造成直玻管炸裂。所以笔者认为，在停止加热后还应当继续通入CO，以防澄清石灰水倒流的不安全事故的发生，直至玻管冷却至室温。从这一点操作上讲，用氢气还原CuO(或Fe2O3)与用CO还原CuO(或Fe2O3)， 在原理上是相同的。

实验者注意，只要发生装置内还有CO气体在生成，也就还有CO从洗气瓶的尾气管口流出，处理尾气的酒精灯不能熄灭，让它继续发挥处理尾气的作用。

参考文献：

[1]刘怀乐. 中学化学实验与教学研究[M]. 重庆:西南师大出版社,1996, 55-56.

[2]刘怀乐.中学化学教学实证与求索.重庆: 西南师大出版社,2002. 12-13.

[3]初中化学教材图片. www.省略/hxjxw/new_page_ 453.htm.

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