本实用新型涉及教学实验设备，特别是木炭还原氧化铜教学实验设备。
背景技术：
实验是理科的基础。在实验过程中，学生既能动脑动手进行操作，提高思维能力与动手能力；又能帮助学生学习科学知识，增强分析与解决问题的能力。所以中学教学实验是进行自然科学教学的重要方法，是训练实验技能与培养学生科学综合品质的必要手段，是中学教学的重要内容。木炭还原氧化铜的教学实验是九年级化学上册第六章课题1的教学的内容。
木炭还原氧化铜的教学实验是从国民时期开始的。但是一直以来，实验存在的具有安全隐患、现象不明显、实验时间太长、成功率很低等问题未能得到有效解决，长期困扰着教学人员。
目前木炭还原氧化铜的教学实验主要存在以下几个问题：1、实验过程中用于反应的试管容易被烧穿，而且教材没有说明木炭和氧化铜的质量配比及用量，如果加入木炭粉的含量太高、用量过多，所采用的试管空间大，内部空气质量多，实验可能会发生粉尘爆炸，产生教学安全隐患；2、实验很难成功，且实验现象不明显，难以得到光亮、块状的单质铜以及难以观察到澄清的石灰水变浑浊现象，不利于学生掌握碳的还原性、理解抽象的氧化还原反应；3、实验所耗时间较长，教学效率低，不利于提高学生学习化学的兴趣以及教学推广应用。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于，提供一种木炭还原氧化铜教学实验设备。它使得木炭还原氧化铜实验操作简单安全，实验过程现象及结果都十分明显，且实验整体过程耗时短，不超过3分钟，成功率达到100％，有利于提高学生学习化学的兴趣以及教学推广应用。
本实用新型的技术方案：一种木炭还原氧化铜教学实验方法，包括下列步骤：
A、预热酒精喷灯；
B、将木炭粉和氧化铜混合物装进石英试管中,石英试管一端用密封件密封，石英试管另一端通过连接管连接导气管；
C、将石英试管固定，将导气管伸入装有澄清石灰水的容器中，再用酒精喷灯对石英试管进行加热；
D、待反应结束后，将石英试管密封，冷却石英试管；
E、取出反应物，观察实验结果。
前述的木炭还原氧化铜教学实验方法，所述步骤B中木炭粉和氧化铜的质量配比范围为1:9-11。
前述的木炭还原氧化铜教学实验方法，所述步骤B中木炭粉和氧化铜混合物的总质量为1-3g。
前述的木炭还原氧化铜教学实验方法，所述步骤B中石英试管的内径为0.8-1.2cm,长度为12-20cm。
前述的木炭还原氧化铜教学实验方法，所述步骤C中，加热温度为800℃-1000℃，加热时间为30-100s。
前述的木炭还原氧化铜教学实验方法，所述步骤D中，用冷水冷却石英试管。
一种用于前述的木炭还原氧化铜教学实验方法的设备，包括石英试管，石英试管一端安装有密封件。
前述的木炭还原氧化铜教学实验设备，所述石英试管另一端通过连接管连接导气管，导气管伸入装有澄清石灰水的容器中，连接管设有止水夹。
前述的木炭还原氧化铜教学实验设备，所述连接管包括L型玻璃管，L型玻璃管左端插入石英试管右端相连接，L型玻璃管下端通过软管连接有导气管，软管上夹有止水夹。
前述的木炭还原氧化铜教学实验设备，所述连接管为橡胶软管，直接套在石英试管与导气管上。
前述的木炭还原氧化铜教学实验设备，所述密封件为插入式试管盖或为夹有止水夹的橡胶软管。
与现有技术相比，为了让木炭还原氧化铜实验效果明显，易于操作，并保障教学过程中的安全，本实用新型采用高温反应以提高实验效果，试管选用石英试管，在反应中不会被烧穿，同时优化木炭与氧化铜质量配比以及控制木炭与氧化铜混合物总质量，控制所使用的石英试管的管径大小以及加热温度的大小，使得高温反应下不会产生爆炸现象。用本实用新型所做实验，成功率达到100％，还能看到含铜量高的光亮块状铜，能够让学生直接观察到实验效果，确保实验过程无安全隐患，且实验时间不超过3分钟，操作简单，有利于提高学生学习化学的兴趣以及教学推广应用。发明人进行了如下一系列实验，来证明本实用新型的效果：
将总质量相同，不同质量配比的木炭粉与氧化铜混合物在同等条件下进行实验操作，得到的具体数据如表1所示。
表1：不同质量配比的木炭粉与氧化铜混合物在同等条件下进行实验操作的反应数据
从表1可以发现当木炭粉和氧化铜的质量配比为1:7或8时，所获得产物中含有未反应的木炭较多，光亮单质铜块较少；当木炭粉和氧化铜的质量配比为1:12或13时，所获得产物中含有未反应的氧化铜较多，所产生的单质铜块同样较少，实验效果不理想。木炭粉和氧化铜的质量配比范围为1:9-11，使得最终所得产物中含铜量较高，可以从产物混合物中看到较多的光亮单质铜块，易于用实验结果进行教学。
将同质量配比(木炭粉和氧化铜的质量配比为1:10.5)的木炭粉与氧化铜混合物在同等条件下进行实验，得到的具体数据如表2所示。
表2：不同总质量的木炭粉与氧化铜混合物在同等条件下进行实验操作时的反应数据
从表2可以发现混合物质量为0.6g、0.8g，实验过程中产生光的时间较短，且光不亮；而混合物质量为3.2g、3.4g，实验过程中产生光的时间虽然长，但是光的效果不如1-3g的实验效果亮。木炭粉和氧化铜混合物的总质量为1-3g，使得混合物在石英试管内充分受热进行反应，同时节约成本。
用不用内径的石英试管在同等条件下进行木炭还原氧化铜实验，得到的具体数据如表3所示。
表3：用不同内径的石英试管在同等条件下进行实验操作时的反应数据
从表3可以发现使用内径为0.6、0.7的石英试管，虽然得到光泽度理想的生成物以及铜的颗粒大，但是操作不容易；使用内径为1.3、1.4cm的石英试管，虽然操作容易，但是生成物的光泽度不理想以及铜的颗粒小。石英试管内径为0.8-1.2cm，在方便装反应物的同时，还能确保石英试管内部空气容易排尽，得到光泽度理想的生成物以及铜的颗粒大。
用不同长度的石英试管在同等条件下进行木炭还原氧化铜实验，得到的具体数据如表4所示。
表4：用不同长度的石英试管在同等条件下进行实验操作时的反应数据
从表4可以发现使用长度为8cm、10cm石英试管，虽然取放物质方便，但是不便于稳固固定石英试管以及对石英试管两端进行连接或封闭；使用长度为22cm、24cm石英试管，虽然便于稳固固定石英试管以及对石英试管两端进行连接或封闭，但是取放物质不方便。石英试管长度为12-20cm，在方便取放物质的同时，还能稳固固定石英试管以及对石英试管两端进行连接或封闭。
在同等条件不同温度、同等条件不同加热时间下进行木炭还原氧化铜实验，得到的具体数据如表5所示。
表5：在同等条件不同温度、同等条件不同加热时间下进行实验操作时的反应数据
从表5可以发现当使用600、700℃进行加热或者加热20s、25s时，虽然安全，但是反应物还有较多或少许未反应；当使用1100℃、1200℃进行加热时或者加热105s、110s时，虽然反应物反应完全，但是酒精喷灯温度达不到。加热温度为800℃-1000℃，加热时间为30-100s，使得反应安全、充分，便于有效利用教学时间展示学习。
通过连接管连接的导气管，将所产生的气体通向澄清石灰水，让澄清石灰水变浑浊的实验现象更加明显。冷却石英试管，在连接管上夹有止水夹，有效防止液体倒流、破坏实验结果，节约实验时间。
综上所述，通过本实用新型的方案，九年级实验的木炭还原氧化铜实验一直以来所存在的具有安全隐患、现象不明显、实验时间太长、成功率很低等问题得到有效解决，便于教学人员进行安全有效地教学以及学生安全快乐地学习，具有显著进步。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
附图中的标记为：1-密封件、2-石英试管、3-连接管、301-L型玻璃管、302-软管、4-止水夹、5-导气管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。
实施例1：
一种木炭还原氧化铜教学实验设备，先预热酒精喷灯；称取木炭粉和氧化铜质量配比为1:9-11的混合物1-3g，用实验勺装进内直径为0.8-1.2cm、长度为12-20cm的石英试管2中；用密封件1封闭石英试管2一端，用连接管3连接石英试管2与导气管5；再将石英试管2固定在架台上，导气管5另一端插入装有澄清石灰水的容量瓶中，对石英试管2进行加热，加热温度为800-1000℃，加热时间为30-100s；待反应结束后，用止水夹4夹住橡胶软管3，再冷却石英试管2；石英试管2冷却后，取出石英试管2中的反应物，进行观察。
实施例2：
本实施例为最优实施方式。一种木炭还原氧化铜教学实验设备，先预热酒精喷灯；称取木炭粉和氧化铜质量配比为1:10.5的混合物1.5g，用实验勺装进内直径为1cm、长度为18cm的石英试管2中；用插入式试管盖1封闭石英试管2一端，用橡胶软管3直接套在石英试管2另一端与导气管5一端上；再将石英试管2固定在架台上，导气管5另一端插入装有澄清石灰水的容量瓶中，对石英试管2进行加热，加热温度为1000℃，加热时间为50s；待反应结束后，用止水夹4夹住橡胶软管3，用冷水直接冷却石英试管2；石英试管2冷却后，取出石英试管2中的反应物，进行观察。
实验现象：加热到17s，木炭与氧化铜开始反应，25s反应开始剧烈，产生明亮的光持续20-40s，澄清石灰水瞬间变浑浊，得到光亮、大块状的铜。
实施例3：
一种木炭还原氧化铜教学实验设备，先预热酒精喷灯；称取木炭粉和氧化铜质量配比为1:10的混合物2g，用实验勺装进内直径为1cm、长度为16cm的石英试管2中；用插入式试管盖1封闭石英试管2一端，用橡胶软管3直接套在石英试管2另一端与导气管5一端上；再将石英试管2固定在架台上，导气管5另一端插入装有澄清石灰水的容量瓶中，对石英试管2进行加热，加热温度为850℃，加热时间为75s；待反应结束后，用止水夹4夹住橡胶软管3，用冷水直接冷却石英试管2；石英试管2冷却后，取出石英试管2中的反应物，进行观察。
实验现象：加热到30s，木炭与氧化铜开始反应，35s反应开始剧烈，产生明亮的光持续20—30s，澄清石灰水瞬间变浑浊，得到光亮、较大块状的铜。
实施例4：
一种木炭还原氧化铜教学实验设备，先预热酒精喷灯；称取木炭粉和氧化铜质量配比为1:9的混合物1g，用实验勺装进内直径为0.8cm、长度为12cm的石英试管2中；用夹有止水夹的橡胶软管1封闭石英试管2一端，用橡胶软管3直接套在石英试管2另一端与导气管5一端上；再将石英试管2固定在架台上，导气管5另一端插入装有澄清石灰水的容量瓶中，对石英试管2进行加热，加热温度为800℃；加热时间为60s；待反应结束后，用止水夹4夹住橡胶软管3，用冷水直接冷却石英试管2；石英试管2冷却后，取出石英试管2中的反应物，进行观察。
实验现象：加热到30s，木炭与氧化铜开始反应，35s反应开始剧烈，产生明亮的光持续12—30s，澄清石灰水瞬间变浑浊，得到光亮、较小块状的铜。
实施例5：
一种木炭还原氧化铜教学实验设备，先预热酒精喷灯；称取木炭粉和氧化铜质量配比为1:11的混合物3g，用实验勺装进内直径为1.2cm、长度为20cm的石英试管2中；用插入式试管盖1封闭石英试管2一端，石英试管2另一端与L型玻璃管301左端相连接，L型玻璃管301下端通过软管302连接有导气管5；再将石英试管2固定在架台上，导气管5另一端插入装有澄清石灰水的容量瓶中，对石英试管2进行加热，加热温度为1000℃；加热时间为50s；待反应结束后，用止水夹4夹住软管302，用冷水直接冷却石英试管2；石英试管2冷却后，取出石英试管2中的反应物，进行观察。
实验现象：加热到17s，木炭与氧化铜开始反应，20s反应开始剧烈，产生明亮的光持续12—30s，澄清石灰水瞬间变浑浊，得到光亮、非常大颗粒的铜。
工作原理：预热酒精喷灯，将木炭粉与氧化铜混合物装进石英试管2中，石英试管2一端用密封件1密封，石英试管2另一端通过连接管3连接导气管5，将石英试管2固定后，用酒精喷灯对石英试管2进行加热，待反应结束后，用止水夹4夹住连接管3，冷却石英试管2，观察实验结果。