对铁与水蒸气反应实验的改进--范文

学科分类号（二级）150.99本科学生毕业论文（设计）开题综述题目对铁与水蒸气反应实验改进的评价姓名学号院、系化学化工学院专业化学类指导教师（职称/学历）（中学高级/本科）2014年9月25日云南师范大学教务处制1对铁与水蒸气反应实验改进的评价的文献综述摘要：在新人教版高中化学必修1中，铁粉与水蒸气反应的实验为学生探究实验。虽然该实验的实验原理简单，但根据教材提供的实验方法，存在实验装置复杂、药品用量大、操作麻烦、成功率很低、实验现象很难达到如课本彩图中的效果等问题。本文在其他文献的基础上，对实验条件及产物的检验进行了改进研究，使得同样实验装置下操作更加简单、现象更加明显。关键词：铁粉；水蒸气；实验改进；实验再现；实验评价；实验优化1.引言人教版高中化学必修1第三章第一节“金属的化学性质”一节中，为了学习金属与酸和水的反应的相关知识，指导学生探究铁能否与水蒸气反应，教材以科学探究的形式出现铁粉与水蒸气反应的实验装置[1]。教材中采用湿棉花作为水蒸气源，用酒精灯加热还原铁粉进行反应，并通过点燃氢气肥皂泡的方法来检验产生的气体是氢气，使得实验看上去操作性很强，实验装置如图1所示。但事实上，该实验操作虽然简单，但在课堂演示实验后发现，该设计存在以下问题：一是使用湿棉花不易控制温度，温度过高棉花易烧焦，温度过低难以达到反应的温度，致使实验的成功率很低；二是湿棉花与还原铁粉分开放置，操作麻烦[2]；三是湿棉花吸水太多时，加热试管容易炸裂，吸水较少时，产生的水蒸气少。图1新人教版教材中的实验装置2.研究现状通过查阅相关期刊、杂志以及在网上浏览资料发现，对于“铁与水蒸气反应实验的改进”的研究已经很多。研究的角度各有不同，改进设计方案多种多样，但仍然存在一些棘手的问题难以解决。3.研究内容(1)对“铁与水蒸气反应”实验装置的改进：图2铁粉与水蒸气反应实验装置图图3点燃反应产生的气体2此改进方案存在以下不足：一是酒精灯火焰的温度：该实验要在高温条件下进行，普通酒精灯不能满足需要，但用酒精喷灯又不太方便，也容易使试管炸裂[3]；二是水蒸气的量：如果做这个实验时改用教材中提供的湿棉花来供给水蒸气，产生的氢气量很少，很难点燃肥皂泡，而此方案中用直接加热具支试管中的水，却难以获得稳定的水蒸气气流，也致使实验难以成功[4-5]；三是双铜管的长度对实验会造成一定影响：由于水蒸气遇冷容易冷凝回流，双通管过长，水蒸气容易冷凝，冷凝的水会使灼热的双通管破裂，达不到反应温度[6]。图4对反应条件改进的实验装置图(2)对反应条件的改进：此改进方案用具支试管使冷凝水能随时流出，在一定程度上解决了防止冷凝水与铁粉相遇的问题，但存在以下不足：一是装置复杂，气密性较难保证；二是导气管长度太长，圆底烧瓶里产生的水蒸气在运送到具支试管底部与还原铁粉反应前已丧失大量，致使反应收集到的氢气量很少，验证气体时有一定的危险性[7]。(3)对反应物的选取：图5硅胶作提供水蒸气的材料的实验装置图3若没有硅胶，还可以用水浸泡过的粉笔代替：图6湿粉笔作提供水蒸气的材料的实验装置图该方案中有可取之处：一是硅胶在120摄氏度左右时就可以失水，失去的水以水蒸气形态存在，在受热时，温度可以继升高到反应温度[8]；二是利用此方案还可以增加实验的趣味性，可以在导气管的末端蘸几滴儿童玩耍用的泡泡水。当气体产生时，鼓出的气泡可以漂浮在空气中，然后用燃着的木条点燃，立即看到绚丽的火花[9]。(4)对生成后的气体产物的探究：图7铁与水蒸气反应实验的改进装置图图8铁与水蒸气反应实验的改进装置图为了检验产生的气体，可以采用如上图两个实验装置来进行。用尖管导出氢气，通过点燃现象检验产物，以及再用产生的气体还原CuO，出现红色明亮的“铜镜”现象[10]。不仅实验操作可行，实验现象也十分明显。但可能存在用浸泡过的粉笔提供的水蒸气量较少的问题[11]。4.小结本课题将针对“铁与水蒸气反应”实验的改进研究，在前人设计方案的基础上进一步简化实验方案，在改进过程中遵循以下原则：1.科学性。实验改进的科学性即在实验原理、实验方法和操作程序必须科学合理。因此认真钻研教材中的实验原理和实验方法,尤其关注铁与水蒸气反应实验中的特殊性和水蒸气、还原铁粉的性质,做到在实验改进中有的放矢,从而提高实验改进的科学性和有效性；2.安全性。实验操作要尽量防止带有危险性的操作,尽量避免与有毒物质接触,若无法避免则应采取安全措施。有毒物质必须处理,以防污染环境[12]；43.可行性。设计的实验方案要切实可行,所选用的药品、仪器、设备和方法在现有的条件下能得到满足；4.简约性。实验设计应尽可能简单易行,应采取简单的实验装置,用较少的实验步骤,能在较短的时间内完成实验,且效果明显。5.结论与展望本课题将针对“铁与水蒸气反应”实验的改进研究，在前人设计方案的基础上进一步简化实验方案并结合教学实际情况，通过改进得到更完美的实验方案，使得课堂演示改进实验时，用时少、操作快捷、实验效果和安全性能得到明显提高。参考文献：[1]宋心琦.普通高中课程标准实验教科书化学1[M].(2007年版).北京:人民教育出版社,2007,50-51.[2]马世昌.基础无机化学反应[M].西安:陕西人民教育出版社,1995,1005-1006.[3]英华,陈德培.铁与水蒸气反应的实验改进[J].教学仪器与实验,2005,21(4):18-18.[4]赖陆锋,李春燕.铁与水蒸气反应的实验改进[J].化学教育,2008,4(3):63-63.[5]邓湘.关于铁与水蒸气反应实验改进的探索[J].中学生数理化(教与学·教研版),2009,3(5),93-94.[6]李芬.铁与水蒸气反应的实验改进[J].实验教学与仪器,2008,4(7-8),42-44.[7]方双喜.铁与水蒸气反应的实验改进[J].化学教学,2010,8(6):11-11.[8]沈钟.国产硅橡胶的稳定性研究[J].化学学报,1983,3(2),10-13.[9]杨长军.铁粉与水蒸气反应实验的改进[J].教学仪器与实验,2006,4(2),47.[10]余新红.氢气还原氧化铜实验装置的改进[J].中小学实验与装备,2013,1(4),34-35.[11]王文林.关于铁与水蒸气反应的说明[J].化学教育,2007,2(10),51-52.[12]梅育清.铁与水蒸气反应装置的改进[J].教学仪器与实验,2008,24(6):47-47.