一氧化碳還原氧化鐵微型化實驗改進研究

摘要：實驗是中學化學學習和研究的一種方法，實驗教學尤顯重要，而教材中有些實驗在實驗設計、環境保護、藥品用量等方面存在待改進的地方，從簡化實驗裝置、節約藥品用量等多方面對教材中“一氧化碳還原氧化鐵實驗”進行改進，體現了一體化微型實驗在教學中的優勢。經過改進的實驗，大大縮短了實驗所需的時間，降低了實驗溫度，減少了藥品的用量，實驗現象明顯，污染減少，真正體現了綠色化學的本質。

關鍵詞：中學化學實驗；實驗改進研究；綠色化學

化學是一門以實驗為基礎的科學，隨著素質教育的不斷推進，新課改對學生動手能力和創新能力的要求也不斷提高，化學實驗對于化學學習的重要性越來越突出，其對提高化學教學質量，全面實現素質教育，起著其他學科不可替代的特殊作用。《化學課程標準》中明確指出了化學課程改革的重點：“以提高學生的科學素養為主旨。”而在目前的教育模式下，實驗教學由于受到某些條件的限制，在一定程度上并沒有很有效地開展。因此，對一些實驗在儀器或操作上進行改進很有必要。微型化實驗簡化了實驗裝置，減少了藥品的用量，同時也減少了實驗過程中產生的污染，實驗所需的時間縮短，大大降低了能耗；同時，微型化實驗操作過程比較安全，學生易于操作，這樣可以讓更多的學生參與實驗研究，發揮學生的主動意識，提高實驗教學在中學化學教學中的重要作用，培養學生的科研能力和創新意識。同時微型化實驗不僅可以在學校進行，同時還可以將實驗延續到課外，從而培養學生的探索精神和實踐能力，激發學生學習的興趣。

滬教版化學教材第五章中演示實驗“一氧化碳還原氧化鐵”，由于傳統的實驗演示裝置比較復雜，操作過程繁瑣，而且存在安全隱患，因此，本文對該實驗進行了一體化微型改進。

1.實驗改進

第五章中“一氧化碳還原氧化鐵”實驗演示裝置如圖1所示。

根據多年的教學研究和實驗發現，用此套裝置來演示實驗存在一些不足之處：①教材中的這套實驗裝置比較大，所需的CO用量較多，需要用儲氣罐提前收集一氧化碳氣體，在實驗過程中再用排水法將CO排出使用，在實驗操作時比較麻煩。②實驗時產生的廢棄CO量較多，如果處理不當不僅會對環境產生污染，而且CO是一種無色、無味、有劇毒的氣體，一旦泄漏教師和學生都有可能中毒，在中學教學中一般進行教師演示實驗，有些條件不足的學校還有可能不做此實驗，更不可能安排學生實驗，長此以往就會讓學生對一些有毒物質的實驗產生恐懼感，進而也會對化學產生恐懼感，認為化學會使人中毒，會對環境造成污染，漸漸就對化學失去了興趣。③在實驗過程中如果操作順序錯誤，如通CO氣體排盡管內空氣和加熱氧化鐵的順序顛倒，以及結束時停止加熱和繼續通CO氣體的順序顛倒，在實驗過程中都會產生爆炸的危險，所以對教師的實驗操作能力要求較高。④對于演示實驗而言，由于班級學生較多，不可能所有的學生都能清晰地觀察到每一個實驗現象，更談不上學生個性思維的發展了。⑤多次實驗證明，用酒精燈加熱的溫度（400℃～500℃）條件下，CO很難最終把Fe2O3還原成Fe。若按現在的九年級化學教材所圖示的裝置（圖1）和操作方法進行實驗，即使還原過程長達30min以上，將磁鐵吸引黑色粉末，也能被磁鐵吸引，但將黑色粉末投入濃鹽酸中，只有剛開始冒一點氣泡，很快就沒有氣泡冒出。若將黑色粉末投入滴有稀硫酸酸化的硫酸銅溶液中，也不會有紅色物質銅生成。說明用酒精燈作熱源溫度不夠，如果換用酒精噴燈，則對玻璃管的要求較高，且操作難度加大。

針對以上問題，筆者根據多年的教學經驗將此實驗做了以下改進，設計了一套簡單、易操作的一體化裝置，其中CO的制取和還原實驗達到微型化同步完成。實驗裝置如圖2所示：

2.改進后的實驗說明及優點

①為節約藥品用量將實驗改成微型化實驗，設計了一體化的一氧化碳發生裝置，可通過膠頭滴管滴加甲酸的量來控制反應速率。多余的一氧化碳的處理可以用小塑料袋收集后點燃，這樣做既可以處理尾氣又可以讓學生觀察到一氧化碳燃燒的現象。②本實驗邊制取一氧化碳氣體邊進行其性質實驗，無需提前收集大量的一氧化碳氣體，這樣既方便，產生的污染又少。③教材中的實驗使用的氧化鐵粉末較多，反應所需溫度較高且耗時較長，本實驗氧化鐵粉末用量較少，酒精燈加熱即可發生反應，現象非常明顯且耗時短。④本實驗較安全、環保、簡便，可操作性強，學生可進行分組實驗。⑤本實驗裝置還可用于一氧化碳還原氧化銅的實驗和氫氣還原氧化銅實驗。

改進后的裝置連接處較少，因此氣密性比較好，可在右邊接一個導管放入水中來檢查氣密性，易于操作。本實驗不需要考慮實驗結束后熄滅酒精燈和撤導管的先后順序，較安全。原實驗結束后如把濃硫酸倒掉不僅會污染環境，還會引起危險，而本實驗中剩余的濃硫酸基本不含其它雜質，可回收用于中學實驗室配制稀硫酸使用，比如制取氫氣等實驗，剩余的液體可從左邊管口倒出，其余的部分可用試管刷刷洗。整個實驗學生易于操作，較環保，較安全。

3.結論

本文對CO還原氧化鐵實驗從實驗裝置、藥品用量等多個角度進行了研究與改進，通過改進，增強了學生對化學研究的激情，培養了學生大膽創新的意識。當然，一體化微型實驗的改進對于中學化學教學中的基本實驗操作的規范性難以統一，還有待于繼續研究。

參考文獻：

[1]靳秀梅.初中化學實驗探微[J].延邊教育學院學報，2009-10.

[2]劉懷樂.一氧化碳還原氧化鐵的實證探索與教學思考[J]. 化學教學，2007（11）.

（作者單位 曹楊娟：江蘇省淮安市淮陰中學 褚效中：江蘇省淮安市淮陰師范學院）