碳还原氧化铁的最佳实验条件探究，本文主要内容关键词为：氧化铁论文,条件论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、问题的提出
人民教育出版社九年级化学（上册）第六单元《碳和碳的氧化物》陈述了碳在高温下可以还原氧化铜、氧化铁这些金属氧化物。碳的还原性，学生比较陌生，是初中化学的教学难点和重点，也是初高中化学教学内容衔接点之一。怎样突破这个难点呢？做好木炭还原金属氧化物的实验对于突破这个难点至关重要。课本中安排了“碳还原氧化铜”的演示实验，但没有安排碳还原氧化铁的演示实验。为强化学生对该知识点的感性认识，我认为可以安排一个碳还原氧化铁的演示实验。为此我们对该实验的最佳实验条件分别作了如下探究。
二、实验的最佳条件探究
（1）实验的温度
（2）木炭和氧化铁的质量比
实验采用硬质木炭并在酒精灯上灼烧片刻以去除其中的水分，然后刮去表面的炭灰，而后充分研碎至200目左右。将一定量的氧化铁及实验备用的若干支试管（10mm×100mm的硬质小试管，下同）在100℃的烘箱中烘干以充分除去其中的水分。
取木炭和氧化铁的比例分别为：1∶4、1∶8.5、1∶10，在不同比例下分别称取总量为2 g和5 g，结果发现取总量为5 g进行实验最后试管都有破损，所以均取总量为2 g进行实验。实验结果如表1。
实验结论：不同比例的反应均有二氧化碳气体及黑色铁粉生成，但只有1∶8.5混合物效果较好，不会出现木炭或氧化铁的过量。
（3）碳的种类和颗粒度大小
实验分别采用硬质木炭和活性炭两种进行实验，碳的颗粒度大小以200目、140目、80目、40目以下较大颗粒进行实验。实验中碳与氧化铁的质量比均按1∶8.5，总量为2g并充分烘干进行实验。实验发现木炭和活性炭的实验结果基本一致。其炭的颗粒度大小对实验的影响结果如下页表2。
实验结论：①木炭和活性炭均能还原氧化铁，但是木炭方便易得，且木炭更容易被碾磨成细小颗粒；②碳的颗粒度越小实验效果越好。
（4）实验药品的干燥程度
实验采用200目左右的木炭粉，其与氧化铁的质量比按1∶8.5，总量为2g，但不烘干进行实验。实验发现不烘干的木炭和氧化铁只产生少量的二氧化碳，用酒精喷灯加热数分钟后固体仍为暗红色，用磁铁去吸引加热后的固体只有极少量黑色粉末被吸引。这个实验充分说明木炭还原氧化铁时实验药品及所用试管必须完全烘干，否则将导致实验失败。
（5）氧化铁的纯度对实验的影响
我分别采用江苏海安校办教学试剂厂和江苏宜兴广汇助剂化工厂的化学纯氧化铁及江苏宜兴广汇助剂化工厂和天津河东区红岩试剂厂的分析纯氧化铁进行实验比较。实验中木炭采用200目左右，与氧化铁的质量比按1∶8.5，总量为2g，充分烘干，并且加热相同的时间。实验结果发现化学纯氧化铁反应现象不如分析纯氧化铁反应现象明显，利用分析纯实验最后所得黑色粉末能被磁铁吸引且能溶于盐酸并产生大量气泡。实验说明碳还原氧化铁还和氧化铁的纯度有密切的关系。
三、结论
总结出该实验成功的几个关键之处：①实验所用的木炭粉一定要研细（达到200目左右），如果炭粉颗粒比较大，则实验效果明显不好，甚至得不到金属铁；②实验所用的氧化铁、炭粉及试管均要充分的烘干，否则可能会因水分汽化吸热导致温度达不到要求而使实验失败；③当看到有大量二氧化碳生成时应马上用夹子夹紧橡胶管防止空气进入；④实验所用的氧化铁的质量要得到保证，应尽可能用纯度较高的分析纯或新制的氧化铁；⑤实验中为了得到足够的热量可考虑用粉笔之类的物体来压混合粉末，但值得注意的是这些粉笔之类的物品必须在酒精灯上充分烘烤，否则会适得其反；⑥实验中我们可用三芯灯或在酒精灯火焰上加防风罩替代酒精喷灯；⑦实验所用试管应使用10mm×100mm的硬质小试管；⑧因为实验中所用的药品均已充分的烘干，所以实验时为了更好的保证热量不散失可以使试管向上倾斜或者竖直向上，其装置如图1所示。
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