趙從茹

摘 要：化學(xué)作為一門以實驗為主的學(xué)科，在教學(xué)中教師的演示實驗與學(xué)生親自完成實驗，都是必不可少的。有些教學(xué)實驗在教師演示時，雖然實驗現(xiàn)象比較明顯，但也容易讓學(xué)生造成誤解；還有一種就是對實驗投入較大，并且對環(huán)境會造成污染的實驗，這種現(xiàn)象教師通常在課堂上只是講解而不去做?！斑€原氧化鐵”實驗就是這樣一個例子。對“還原氧化鐵反應(yīng)”進行改進的實驗，將傳統(tǒng)實驗優(yōu)化為微型實驗，并將傳統(tǒng)實驗中釋放出的一氧化碳氣體進行了綠色化實驗的改進，不但使實驗現(xiàn)象更加明顯，使實驗過程更加安全、環(huán)保、節(jié)能。

關(guān)鍵詞：還原氧化鐵；實驗設(shè)計；微型綠色化實驗

微型化實驗是在傳統(tǒng)化學(xué)實驗中，用最少的化學(xué)試劑獲得所需的化學(xué)反應(yīng)，同時微型化實驗?zāi)軌蛴行У販p少化學(xué)實驗試劑或?qū)嶒炦^程中污染物的產(chǎn)生?；瘜W(xué)實驗的微型化研究，不光是對化學(xué)實驗的優(yōu)化創(chuàng)新，更是對人才的培養(yǎng)有著重要的作用?！斑€原氧化鐵”實驗的改進，在中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究具有深遠意義。

一、傳統(tǒng)實驗中的不足

在傳統(tǒng)“還原氧化鐵”實驗中，實驗中所需的一氧化碳是教師在課前就備好的，利用一氧化碳不溶于水的特性，實驗時將放置一氧化碳的儲氣瓶中注入水，把一氧化碳壓入裝有鐵的容器內(nèi)，并與受熱的鐵反應(yīng)，一氧化碳與三氧化二鐵反應(yīng)生成的二氧化碳被實驗裝置中的石灰水吸收，而生成的有毒氣體一氧化碳則被直接排放到空氣中。實驗雖然能讓學(xué)生對明顯的實驗現(xiàn)象進行觀察，達到教學(xué)目的，但在實驗過程中卻存在著幾個問題：實驗試劑的浪費、反應(yīng)生成物對環(huán)境的污染、反應(yīng)過程較長、實驗存在一定危險性。

①實驗試劑浪費：為保證實驗成功，教師需要在課前準(zhǔn)備大量的一氧化碳氣體，在實驗開始前為保證玻璃管內(nèi)的空氣全部排空，會較長時間地通入一氧化碳氣體；另一方面，教師為了讓學(xué)生能夠更清楚地觀察實驗現(xiàn)象，在鐵的用量上也會加大。

②污染環(huán)境：實驗中與三氧化二鐵反應(yīng)的一氧化碳就有一少部分參與了實驗反應(yīng)，大部分都會直接排出進入大氣中，造成空氣污染。

③反應(yīng)時間較長：為了讓學(xué)生更好地觀察到三氧化二鐵由紅褐色變?yōu)楹谏膶嶒灛F(xiàn)象，會加入較多三氧化二鐵，使得實驗的反應(yīng)時間延長。

④實驗的危險性：有些教師在實驗中會將排除的尾氣直接點燃。這種處理尾氣的辦法，容易使試管中的一氧化碳氣體在密閉試管中發(fā)生爆炸。

二、實驗的改進方法

1.實驗器材的改進

器材：細玻璃管、2支具支試管、直角彎管、2套帶鐵夾的鐵架臺、微型酒精燈、橡膠塞、橡膠軟管、溫度計

實驗試劑：無水甲酸、濃硫酸、三氧化二鐵粉末、澄清石灰水

裝置：用塞有溫度計橡皮塞的試管代替?zhèn)鹘y(tǒng)裝置（A）中通入一氧化碳的裝置；將支管試管與盛有三氧化二鐵的玻璃試管相連，另一面連接裝有彎管橡皮塞的支管試管（B）；并將另一個支管試管的試管口與橡皮軟管連接，另一面連直角彎管，并將玻璃管口放置于盛有三氧化二鐵粉末的玻璃管下方。

2.實驗過程

在一支具支試管（A）中加入無水甲酸后，再加入濃硫酸，將二者混合均勻后將帶有溫度計的橡皮塞塞上。將玻璃管中加入三氧化二鐵粉末，支管試管B中放入澄清石灰水，在檢查裝置氣密性后，點燃酒精燈。試管A中的試劑發(fā)生反應(yīng)生成氣體后，點燃從彎管中排出的尾氣，并將點燃的尾氣火焰對裝有三氧化二鐵的細玻璃管預(yù)熱，預(yù)熱后集中加熱盛有三氧化二鐵的部位。等到試管中的三氧化二鐵與一氧化碳完全反應(yīng)變成黑色的物質(zhì)后，立即撤出微型酒精燈，并用止水夾夾住一氧化碳火焰出口下部的軟管處，直到實驗裝置完全冷卻成常溫。

三、實驗改進后的優(yōu)點

改進后的“還原氧化鐵”實驗，對傳統(tǒng)實驗中的幾個問題進行了科學(xué)的創(chuàng)新，提升了傳統(tǒng)實驗中的不足。①將實驗中所需的一氧化碳液體進行現(xiàn)場制備，同甲酸試劑和濃硫酸試劑直接反應(yīng)生成一氧化碳，代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗中一氧化碳的課前制備。同時，在裝置中用細玻璃管裝三氧化二鐵，大大減少實驗中三氧化二鐵的用量，降低了實驗試劑的浪費。②對實驗產(chǎn)生的一氧化碳氣體進行回收并點燃，還原成實驗反應(yīng)的熱源，充分利用一氧化碳。對學(xué)生進行環(huán)保實驗的教育，培養(yǎng)學(xué)生保護環(huán)境的意識。③減少實驗中鐵的用量，大大縮短了反應(yīng)時間，讓學(xué)生擁有更多的時間對實驗進行分析討論、發(fā)現(xiàn)探索。

實驗裝置的改進，使得一氧化碳的制備與還原三氧化二鐵反應(yīng)在一個裝置中，改善了傳統(tǒng)實驗中試劑的浪費、環(huán)境的污染。并且在增加實驗現(xiàn)象的同時，為學(xué)生對實驗的參與與實驗探究的設(shè)計和操作提供了可能。

總而言之，化學(xué)實驗的操作要保證簡約型、綠色化、安全性等等，以嚴(yán)謹(jǐn)并科學(xué)的要求，對實驗操作以及實驗設(shè)備進行設(shè)計，提高實驗的質(zhì)量與反應(yīng)現(xiàn)象，加強化學(xué)實驗的探究性。對實驗的改進，在保證學(xué)生學(xué)以致用的同時，對學(xué)生的創(chuàng)新意識與探索精神加以培養(yǎng)。

參考文獻：

[1]左艷.“還原氧化鐵”實驗的改進[J].職業(yè)，2013（12）：80.

[2]高云騰，王明余.一種一氧化碳還原氧化銅實驗的改進裝置[P].山東：CN206058722U，2017-03-29.