1、1一氧化碳还原氧化铁微型化实验改进研究曹杨娟 1 褚效中 2 1 江苏省淮阴中学 江苏 淮安 2230012 淮阴师范学院 江苏 淮安 223001【摘要】实验是中学化学学习和研究的一种方法， 实验教学尤 显重要，而教材中有些 实验在实验设计、环境保护、药品用量等方面存在改进的地方，本文从简化实验装置、节约药品用量等多方面对教材中“一氧化碳还原氧化铁实验”进行改进，体现了一体化微型实验在教学中的优势。通过改进的实验，大大缩短了实验所需的时间，降低了实验温度，减少了药品的用量，实验现象明显，污染减少，真正体现了绿色化学的本质。【关键词】中学化学实验 实验改进研究 绿色化学1 引言化学是一门以实验
2、为基础的科学，它处处体现着化学人的创新精神以及我们对人类进步和社会发展所作出的杰出贡献。随着素质教育的不断推进，新课改对学生动手能力和创新能力的要求也不断提高，所以化学实验对于化学学习的作用越来越重要，其对提高化学教学质量，全面实现素质教育，起着其他学科不可替代的特殊作用。尤其对于初中化学实验，由于学生处于学习化学的启蒙阶段，因此，每个实验的成功与否，直接影响学生对化学世界的认知兴趣和激情，也影响着年青人对未知世界探索的勇气。因此，在实验教学过程中无论从操作要领、反应条件还是实验现象都必须达到最佳水平，从而让学生在知识的艺术中艺术的学习知识。化学课程标准明确指出了化学课程改革的重点：“以提高学
3、生的科学素养为主旨”。1而在目前的教育模式下，教师仍然更多的重视对实验的演示过程，尤其对一些装置较复杂，实验中又涉及到有毒物质反应的实验时，教师只是演示实验，甚至有些教师取消了实验。由于化学实验中的仪器大多数是玻璃仪器，教师为了害怕仪器损坏，过多的强调实验的规范性，增加了学生实验时的紧张感，有时老师过分的强调药品的毒性和腐蚀性，增加了学生实验时的恐惧感。因此，对一些实验在仪器或操作上我们要大胆的进行改进，让更多的学生敢于并且有兴趣参与实验中来。微型化实验简化了实验装置，减少了药品的用量，不仅节约了费用，同时也减少了实验过程中产生的污染，实验所需的时间缩减，大大降低了一些能源的消耗；同时，微型化
4、实验的操作过程比较安全，学生易于操作，这样可以让更多的学生参与到实验的研究中来，充分发挥了学生的主动意识，从而避免了演示实验中教师一人操作，学生只是单纯观察实验现象的枯燥感，提高了实验教学在中学化学教学中的重要作用。培养了学生科研的能力和创新意识，同时微型化实验不仅可以在学校进行，同时还可以将实验延续到课外，带到工厂或家庭，从而培养学生的探索精神和实践能力，激发了学生学习了兴趣。沪教版教材第五章中演示实验一氧化碳还原氧化铁，由于传统的演示实验装置比较复杂，操作过程繁琐，而且存在安全隐患，因此，本文对该实验进行了一体化微型改进。2 实验改进沪教版教材第五章中“一氧化碳还原氧化铁”演示实验装置如图
5、 1 所示。2图 1 一氧化碳还原氧化铁实验装置其操作步骤为：（1）按照如图 1 所示连接装置（2）检查装置的气密性（3）在硬质玻璃管内装上约两药匙的氧化铁粉末，再在多用瓶内到入约 15mL 的澄清石灰水（4）打开储气瓶，将一氧化碳气体通入装置，以排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸的危险（5）待装置内空气排尽后，点燃酒精灯加热固体，同时点燃尾部的酒精灯来处理排除的剩余气体一氧化碳（5）结束时，先停止对固体的加热，继续通一氧化碳至试管内药品冷却到室温，再停止通一氧化碳（6）用磁铁放在硬质玻璃管上方检验生成的黑色固体（7）拆洗装置。实验过程中观察到的实验现象有：玻璃管内的红棕色固体变成黑色且能被
6、磁铁吸引，澄清石灰水变混浊。在现在的很多中学课堂上，教师就是采用上述实验装置进行操作，以及观察到的实验现象，得出一氧化碳在用酒精灯加热的条件下将氧化铁还原成了铁。根据多年的教学研究及实验发现，用此套装置来演示实验存在一些不足之处：（1）教材中的这套实验装置比较大，所需的 CO 用量较多，需要用储气罐提前收集一氧化碳气体，在实验过程中再用排水法将 CO 排出使用，在实验操作时比较麻烦。（2）实验时产生的废弃 CO 的量较多，处理不但时不仅会对环境产生污染，而且 CO是一种无色、无味、有剧毒的气体，一旦有泄漏教师和学生都有可能会中毒，在中学教学中一般进行教师演示实验，有些条件不足的学校还有可能不做
7、此实验，就更不可能安排学生实验，长期这样就会让学生对一些有毒物质的实验产生恐惧感，从而也会对化学产生恐惧感，认为化学会使人中毒，会对环境造成污染，学生渐渐的就对化学失去了兴趣。（3）在实验过程中如果操作顺序错误，如通 CO 气体排尽管内空气和加热氧化铁的顺序颠倒，以及结束时停止加热和继续通 CO 气体的顺序颠倒，在实验过程中都会产生爆炸的危险，所以对教师的实验操作能力要求较高。（4）对于演示实验而言，由于班级学生较多，不可能所有的学生都能清晰地观察到每一个实验现象，也更谈不上学生个性思维的发展了。（5）实验证明，无论是用 CO 作还原剂，或是用 H2 作还原剂，氧化铁(Fe 2O3)的还原过程
8、都是逐步进行的：【2】首先是 Fe2O3 被还原成 Fe3O4：3Fe 2O3+CO400500 2Fe3O4+CO2(3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O)再继续加热 Fe3O4 被还原成 FeO：Fe 3O4+CO500600 3FeO+CO2(Fe3O4+H2=3FeO+H2O)当温度超过 600时，FeO 被 CO 还原成 Fe：FeO+CO 600以上 Fe+CO2(FeO+H2=Fe+H2O)总反应是：Fe 2O3+3CO 高温 2Fe+3CO2 （Fe 2O3+3H2 高温 2Fe+3H2O）而实验室用酒精灯加热(400 500) 的温度条件下，CO 很难最终把 Fe2O3
9、还原成 Fe。若3按现在的九年级化学教材所图示的装置(如图) 和操作方法进行实验，即使还原过程长达30min 以上，实验过程中你会发现生成的黑色粉末也能被磁铁吸引，但将黑色粉末投入浓盐酸中，只有刚开始冒一点气泡，很快就没有气泡冒出。若将黑色粉末投入滴有稀硫酸酸化的硫酸铜溶液中，也不会出现红色物质铜生成。说明用酒精灯作热源温度不够，如果换用酒精喷灯，对玻璃管的要求较高，且操作难度加大。针对以上问题，笔者根据多年的教学经验将此实验做了以下改进，设计了一套简单、易操作的一体化装置，其中将 CO 的制取和还原实验达到微型化同步完成。实验装置如图2 所示：图 2 改进后的一氧化碳还原氧化铁微型化实验装置
10、3 改进后的优点及操作（1）为节约药品用量将实验改成微型化实验，设计了一体化的一氧化碳发生装置，可通过胶头滴管滴加甲酸的量来控制反应速率。多余的一氧化碳的处理可以用小塑料袋收集后点燃，这样做既可以处理尾气又可以让学生观察到一氧化碳燃烧的现象。 （2）本实验边制取一氧化碳气体边进行其性质实验，不需提前收集大量的一氧化碳气体，这样产生的污染相对较少。 （3）教材中使用的氧化铁粉末较多，反应所需温度较高且耗时较长，本实验氧化铁粉末用量较少，酒精灯加热即可发生反应，现象非常明显，时间也短。 （4）本实验较安全，环保，简便，可操作性强，学生可进行分组实验。 （5）本实验装置还可用于一氧化碳还原氧化铜的实
11、验，氢气还原氧化铜实验。该实验的操作要点为：（1）浓硫酸大约 2ml，甲酸 1 滴管；（ 2）反应开始约 20s 后再加热 Fe2O3，以便排出装置中的空气；（3）要迅速挤出袋内尾气 CO 进行点燃，防止回火。该实验可以让学生较为容易观察到红色物质变成黑色物质，能被磁铁吸引，澄清石灰水变浑浊。改进后的装置连接处较少，因此气密性比较好，可在右边接一个导管放入水中来检查气密性，易于操作。本实验不需要考虑实验结束后熄灭酒精灯和撤导管的先后顺序，较安全。在这个反应容器中，大约取 2mL 的浓硫酸，一滴管甲酸，注意尽量从原瓶中取，以保证较高的浓度，此反应不需要加热，常温下即可快速产生 CO，学生也易于操
12、作。Fe 2O3 的用量也很少，大约绿豆粒大小，澄清石灰水可用胶头滴管滴在凹槽内，整个实验中所需药品量很少，但现象非常明显，所用时间较短，CO 扩散到空气中的可能性小。待还原出来的铁完全冷却后，将塑料袋取下，挤出气体点燃，这不仅处理了尾气，同时也验证了 CO 的可燃性。要快速地挤出袋内气体，防止回火，万一回火，袋内气体燃烧也不会产生爆炸的危险。实验结束后如把浓硫酸倒掉不仅会污染环境，还会引起危险，而本实验中剩余的浓硫酸基本不含其它杂质，可回收用于中学实验室配制稀硫酸使用，比如制取氢气等实验，剩余的液体可从左边管口倒出，其余的部分可用试管刷刷洗。整个实验学生易于操作，较环保，比较安全。本实验还可
13、以用于 CO、H 2 还原 CuO、Fe 2O3 等实验。3 结论本文对 CO 还原氧化铁实验从实验装置、药品用量等多个角度进行的研究与改进，通过改进后，增强了学生对化学研究的激情，培养了学生大胆创新的意识。当然，一体化微型实验的改进对于中学化学教学中的基本实验操作的规范性上难以统一，有待于继续研4究。【参考文献】1 初中化学实验探微 靳秀梅 延边教育学院学报 第 23 卷 第 5 期 2009 年 10 月2 一氧化碳还原氧化铁的实证探索与教学思考 刘怀乐 化学教学 2007 年，第 11 期3 化学实验微型化的特点和意义 李仲鹁 李学军 甘肃教育 理化生教学联系方式：15161766689
