一氧化碳还原氧化铁微型化实验改进研究

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待改进的地方，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。经过改进的实验，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

化学是一门以实验为基础的科学，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，化学实验对于化学学习的重要性越来越突出，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。《化学课程标准》中明确指出了化学课程改革的重点：“以提高学生的科学素养为主旨。”而在目前的教育模式下，实验教学由于受到某些条件的限制，在一定程度上并没有很有效地开展。因此，对一些实验在仪器或操作上进行改进很有必要。微型化实验简化了实验装置，减少了药品的用量，同时也减少了实验过程中产生的污染，实验所需的时间缩短，大大降低了能耗；同时，微型化实验操作过程比较安全，学生易于操作，这样可以让更多的学生参与实验研究，发挥学生的主动意识，提高实验教学在中学化学教学中的重要作用，培养学生的科研能力和创新意识。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，从而培养学生的探索精神和实践能力，激发学生学习的兴趣。

沪教版化学教材第五章中演示实验“一氧化碳还原氧化铁”，由于传统的实验演示装置比较复杂，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。

1.实验改进

第五章中“一氧化碳还原氧化铁”实验演示装置如图1所示。

根据多年的教学研究和实验发现，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量较多，如果处理不当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，一旦泄漏教师和学生都有可能中毒，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此实验，更不可能安排学生实验，长此以往就会让学生对一些有毒物质的实验产生恐惧感，进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，渐渐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，更谈不上学生个性思维的发展了。⑤多次实验证明，用酒精灯加热的温度（400℃～500℃）条件下，CO很难最终把Fe2O3还原成Fe。若按现在的九年级化学教材所图示的装置（图1）和操作方法进行实验，即使还原过程长达30min以上，将磁铁吸引黑色粉末，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，也不会有红色物质铜生成。说明用酒精灯作热源温度不够，如果换用酒精喷灯，则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：

2.改进后的实验说明及优点

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，无需提前收集大量的一氧化碳气体，这样既方便，产生的污染又少。③教材中的实验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，现象非常明显且耗时短。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验和氢气还原氧化铜实验。

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。原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，较安全。

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了研究与改进，通过改进，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难以统一，还有待于继续研究。

参考文献：

[1]靳秀梅.初中化学实验探微[J].延边教育学院学报，2009-10.

[2]刘怀乐.一氧化碳还原氧化铁的实证探索与教学思考[J]. 化学教学，2007（11）.

（作者单位 曹杨娟：江苏省淮安市淮阴中学 褚效中：江苏省淮安市淮阴师范学院）