“還原氧化鐵”實驗的改進

趙從茹

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

關鍵詞：還原氧化鐵；實驗設計；微型綠色化實驗

微型化實驗是在傳統化學實驗中，用最少的化學試劑獲得所需的化學反應，同時微型化實驗能夠有效地減少化學實驗試劑或實驗過程中污染物的產生。化學實驗的微型化研究，不光是對化學實驗的優化創新，更是對人才的培養有著重要的作用。“還原氧化鐵”實驗的改進，在中學化學實驗教學中培養學生科學探究具有深遠意義。

一、傳統實驗中的不足

在傳統“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，并與受熱的鐵反應，一氧化碳與三氧化二鐵反應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。實驗雖然能讓學生對明顯的實驗現象進行觀察，達到教學目的，但在實驗過程中卻存在著幾個問題：實驗試劑的浪費、反應生成物對環境的污染、反應過程較長、實驗存在一定危險性。

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

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

③反應時間較長：為了讓學生更好地觀察到三氧化二鐵由紅褐色變為黑色的實驗現象，會加入較多三氧化二鐵，使得實驗的反應時間延長。

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傳統裝置（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中的試劑發生反應生成氣體后，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熱，預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變成黑色的物質后，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、實驗改進后的優點

改進后的“還原氧化鐵”實驗，對傳統實驗中的幾個問題進行了科學的創新，提升了傳統實驗中的不足。①將實驗中所需的一氧化碳液體進行現場制備，同甲酸試劑和濃硫酸試劑直接反應生成一氧化碳，代替傳統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對實驗產生的一氧化碳氣體進行回收并點燃，還原成實驗反應的熱源，充分利用一氧化碳。對學生進行環保實驗的教育，培養學生保護環境的意識。③減少實驗中鐵的用量，大大縮短了反應時間，讓學生擁有更多的時間對實驗進行分析討論、發現探索。

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在一個裝置中，改善了傳統實驗中試劑的浪費、環境的污染。并且在增加實驗現象的同時，為學生對實驗的參與與實驗探究的設計和操作提供了可能。

總而言之，化學實驗的操作要保證簡約型、綠色化、安全性等等，以嚴謹并科學的要求，對實驗操作以及實驗設備進行設計，提高實驗的質量與反應現象，加強化學實驗的探究性。對實驗的改進，在保證學生學以致用的同時，對學生的創新意識與探索精神加以培養。

參考文獻：

[1]左艷.“還原氧化鐵”實驗的改進[J].職業，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.