“还原氧化铁”实验的改进

赵从茹

摘 要：化学作为一门以实验为主的学科，在教学中教师的演示实验与学生亲自完成实验，都是必不可少的。有些教学实验在教师演示时，虽然实验现象比较明显，但也容易让学生造成误解；还有一种就是对实验投入较大，并且对环境会造成污染的实验，这种现象教师通常在课堂上只是讲解而不去做。“还原氧化铁”实验就是这样一个例子。对“还原氧化铁反应”进行改进的实验，将传统实验优化为微型实验，并将传统实验中释放出的一氧化碳气体进行了绿色化实验的改进，不但使实验现象更加明显，使实验过程更加安全、环保、节能。

关键词：还原氧化铁；实验设计；微型绿色化实验

微型化实验是在传统化学实验中，用最少的化学试剂获得所需的化学反应，同时微型化实验能够有效地减少化学实验试剂或实验过程中污染物的产生。化学实验的微型化研究，不光是对化学实验的优化创新，更是对人才的培养有着重要的作用。“还原氧化铁”实验的改进，在中学化学实验教学中培养学生科学探究具有深远意义。

一、传统实验中的不足

在传统“还原氧化铁”实验中，实验中所需的一氧化碳是教师在课前就备好的，利用一氧化碳不溶于水的特性，实验时将放置一氧化碳的储气瓶中注入水，把一氧化碳压入装有铁的容器内，并与受热的铁反应，一氧化碳与三氧化二铁反应生成的二氧化碳被实验装置中的石灰水吸收，而生成的有毒气体一氧化碳则被直接排放到空气中。实验虽然能让学生对明显的实验现象进行观察，达到教学目的，但在实验过程中却存在着几个问题：实验试剂的浪费、反应生成物对环境的污染、反应过程较长、实验存在一定危险性。

①实验试剂浪费：为保证实验成功，教师需要在课前准备大量的一氧化碳气体，在實验开始前为保证玻璃管内的空气全部排空，会较长时间地通入一氧化碳气体；另一方面，教师为了让学生能够更清楚地观察实验现象，在铁的用量上也会加大。

②污染环境：实验中与三氧化二铁反应的一氧化碳就有一少部分参与了实验反应，大部分都会直接排出进入大气中，造成空气污染。

③反应时间较长：为了让学生更好地观察到三氧化二铁由红褐色变为黑色的实验现象，会加入较多三氧化二铁，使得实验的反应时间延长。

④实验的危险性：有些教师在实验中会将排除的尾气直接点燃。这种处理尾气的办法，容易使试管中的一氧化碳气体在密闭试管中发生爆炸。

二、实验的改进方法

1.实验器材的改进

器材：细玻璃管、2支具支试管、直角弯管、2套带铁夹的铁架台、微型酒精灯、橡胶塞、橡胶软管、温度计

实验试剂：无水甲酸、浓硫酸、三氧化二铁粉末、澄清石灰水

装置：用塞有温度计橡皮塞的试管代替传统装置（A）中通入一氧化碳的装置；将支管试管与盛有三氧化二铁的玻璃试管相连，另一面连接装有弯管橡皮塞的支管试管（B）；并将另一个支管试管的试管口与橡皮软管连接，另一面连直角弯管，并将玻璃管口放置于盛有三氧化二铁粉末的玻璃管下方。

2.实验过程

在一支具支试管（A）中加入无水甲酸后，再加入浓硫酸，将二者混合均匀后将带有温度计的橡皮塞塞上。将玻璃管中加入三氧化二铁粉末，支管试管B中放入澄清石灰水，在检查装置气密性后，点燃酒精灯。试管A中的试剂发生反应生成气体后，点燃从弯管中排出的尾气，并将点燃的尾气火焰对装有三氧化二铁的细玻璃管预热，预热后集中加热盛有三氧化二铁的部位。等到试管中的三氧化二铁与一氧化碳完全反应变成黑色的物质后，立即撤出微型酒精灯，并用止水夹夹住一氧化碳火焰出口下部的软管处，直到实验装置完全冷却成常温。

三、实验改进后的优点

改进后的“还原氧化铁”实验，对传统实验中的几个问题进行了科学的创新，提升了传统实验中的不足。①将实验中所需的一氧化碳液体进行现场制备，同甲酸试剂和浓硫酸试剂直接反应生成一氧化碳，代替传统实验中一氧化碳的课前制备。同时，在装置中用细玻璃管装三氧化二铁，大大减少实验中三氧化二铁的用量，降低了实验试剂的浪费。②对实验产生的一氧化碳气体进行回收并点燃，还原成实验反应的热源，充分利用一氧化碳。对学生进行环保实验的教育，培养学生保护环境的意识。③减少实验中铁的用量，大大缩短了反应时间，让学生拥有更多的时间对实验进行分析讨论、发现探索。

实验装置的改进，使得一氧化碳的制备与还原三氧化二铁反应在一个装置中，改善了传统实验中试剂的浪费、环境的污染。并且在增加实验现象的同时，为学生对实验的参与与实验探究的设计和操作提供了可能。

总而言之，化学实验的操作要保证简约型、绿色化、安全性等等，以严谨并科学的要求，对实验操作以及实验设备进行设计，提高实验的质量与反应现象，加强化学实验的探究性。对实验的改进，在保证学生学以致用的同时，对学生的创新意识与探索精神加以培养。

参考文献：

[1]左艳.“还原氧化铁”实验的改进[J].职业，2013（12）：80.

[2]高云腾，王明余.一种一氧化碳还原氧化铜实验的改进装置[P].山东：CN206058722U，2017-03-29.