“還原氧化鐵”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

趙從茹

（河北省石家莊第五十四中學(xué)，河北 石家莊）

微型化實(shí)驗(yàn)是在傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，用最少的化學(xué)試劑獲得所需的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)微型化實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行У販p少化學(xué)實(shí)驗(yàn)試劑或?qū)嶒?yàn)過程中污染物的產(chǎn)生?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化研究，不光是對化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究具有深遠(yuǎn)意義。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的不足

在傳統(tǒng)“還原氧化鐵”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)時(shí)將放置一氧化碳的儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)雖然能讓學(xué)生對明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察，達(dá)到教學(xué)目的，但在實(shí)驗(yàn)過程中卻存在著幾個(gè)問題：實(shí)驗(yàn)試劑的浪費(fèi)、反應(yīng)生成物對環(huán)境的污染、反應(yīng)過程較長、實(shí)驗(yàn)存在一定危險(xiǎn)性。

①實(shí)驗(yàn)試劑浪費(fèi)：為保證實(shí)驗(yàn)成功，教師需要在課前準(zhǔn)備大量的一氧化碳?xì)怏w，在實(shí)驗(yàn)開始前為保證玻璃管內(nèi)的空氣全部排空，會(huì)較長時(shí)間地通入一氧化碳?xì)怏w；另一方面，教師為了讓學(xué)生能夠更清楚地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在鐵的用量上也會(huì)加大。

②污染環(huán)境：實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)反應(yīng)，大部分都會(huì)直接排出進(jìn)入大氣中，造成空氣污染。

③反應(yīng)時(shí)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?shí)驗(yàn)現(xiàn)象，會(huì)加入較多三氧化二鐵，使得實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)時(shí)間延長。

④實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性：有些教師在實(shí)驗(yàn)中會(huì)將排除的尾氣直接點(diǎn)燃。這種處理尾氣的辦法，容易使試管中的一氧化碳?xì)怏w在密閉試管中發(fā)生爆炸。

二、實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方法

1.實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)

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

實(shí)驗(yàn)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(jì)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(jì)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(diǎn)燃酒精燈。試管A中的試劑發(fā)生反應(yīng)生成氣體后，點(diǎn)燃從彎管中排出的尾氣，并將點(diǎn)燃的尾氣火焰對裝有三氧化二鐵的細(xì)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(shí)驗(yàn)裝置完全冷卻成常溫。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

改進(jìn)后的“還原氧化鐵”實(shí)驗(yàn)，對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的幾個(gè)問題進(jìn)行了科學(xué)的創(chuàng)新，提升了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的不足。①將實(shí)驗(yàn)中所需的一氧化碳液體進(jìn)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(shí)驗(yàn)中一氧化碳的課前制備。同時(shí)，在裝置中用細(xì)玻璃管裝三氧化二鐵，大大減少實(shí)驗(yàn)中三氧化二鐵的用量，降低了實(shí)驗(yàn)試劑的浪費(fèi)。②對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行回收并點(diǎn)燃，還原成實(shí)驗(yàn)反應(yīng)的熱源，充分利用一氧化碳。對學(xué)生進(jìn)行環(huán)保實(shí)驗(yàn)的教育，培養(yǎng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境的意識(shí)。③減少實(shí)驗(yàn)中鐵的用量，大大縮短了反應(yīng)時(shí)間，讓學(xué)生擁有更多的時(shí)間對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析討論、發(fā)現(xiàn)探索。

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

總而言之，化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)操作以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量與反應(yīng)現(xiàn)象，加強(qiáng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究性。對實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，在保證學(xué)生學(xué)以致用的同時(shí)，對學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與探索精神加以培養(yǎng)。