中教法实验

实验三  木炭还原氧化铜 一、 实验目的 1.寻找并掌握木炭还原氧化铜实验的最佳反应条件。 2.掌握木炭还原氧化铜实验演示的规范操作和获得成功的关键。 3.初步学习实验研究 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的制定，学会实验研究常用的简单比较法。 4.了解和初步尝试试验设计中常用的正交设计。 二、 实验用品 试管、铁架台、铁夹、附导管的橡皮塞、药匙、研钵、托盘天平、称量纸、煤气灯、酒精喷灯、酒精喷灯、酒精灯、蒸发皿、玻璃棒、火柴、炭粉、氧化铜粉、澄清 石灰水。 三、 实验步骤及要求 1.选择下图装置为本实验装置。其中加热灯具可酌情更换。 2.分析并找出影响实验结果的诸多因素，从中挑出几项主要的因素，设计出简要的比较法，测试该几项因素对实验影响作用大小的实验方案（设计前可参阅本实验“实验探讨”部分和“参考文献”提供的相关内容）。 3.按实验设计的方案制作有关试验表格，并逐一进行规范的实验测试。对各项的现象、结果做认真的记录。 4、实验结束后对实验结束对实验结果的记录进行分析、综合，写出自己的观点、体会，并写出该演示实验的最佳反应条件。 5.如时间较宽余，可选择正交试验法进行研究（设计前也可参阅本实验“实验研讨”部分和“参考文献”提供的相关内容）。在按正交表进行实验测试后，同样需要对实验结果即相关的记录作分析、研究，并给出自己的观点、写出实验的最佳条件和操作要点等。 四、 实验探讨 1.碳和氧化铜充分反应其理论上的质量比为1:13.3，但实际进行反应时，试管里的氧气要消耗一些炭粉。且反应中还会产生一氧化碳，故炭粉的用量就会偏高。有人曾想提出以1:1、1:5、1:7、1:10、等的质量比来做实验，当然比例太大或太小，效果就会受到影响。要现象明显，反应速率快，这就要通过自己动手摸索，否则，既浪费试剂药品，又得不到理想的结果，有时甚至还会使实验失败。 2.在木炭还原氧化铜实验中，反应物实际的最佳质量比要受到诸多因素的影响，例如反应试管的大小、火焰的温度、反应物颗粒的大小及混合的程度、反应物堆积的形态，反应物的含水量等等。所以说，影响本实验最终结果的因素不仅仅是反应物的质量比。在影响实验结果众多的因素中，试验者可以对每种因素作试验分析，也可凭自己的经验从中选择影响较大的几项因素作试验分析。在本实验中不少研究者认为反应物的质量比、反应物研和的程度、反应物的干燥程度及加热灯焰的温度等是较为主要的几项因素。 3.试验设计是进行实验研究的有力工具，其具体的方法很多，如全面试验法，简单比较法和正交试验法等等。其中简单比较法是中学化学实验研究中常被研究者选用的，因为这种方法实验量少，结果的处理与分析也较方便。例如，化学实验中不少制备实验的产率主要受着反应温度、反应时间和原料配比三个因素的影响。如果设计时把每个因素都分为五个不同的水平进行平行测试，那么可以把三个因素五个等级分别用字母和数字表示，并排列成表（见表2-7）。 表2-7  三因素五水平测试示例 A B C （温度/℃） (反应时间/min) 两反应物的质量比 1 2 3 4 5 A1（100） B2（2） C1（2:1） A2（120） B2（4） C2（1:5:1） A3（140） B3（6） C3（1:1） A4（160） B4（8） C4（1:1:5） A5（180） B5（10） C5（1:2）         从表2-7可知，要得出是哪个因素的最佳组合，需要对各因素的所有水平进行全面搭配试验，既要分别分别搭配：A1B1C1 ，A1B1C2  A1B1C3 A1B1C4 A1B1C5  A1B2C1  A1B3C1 …A5B5C5 共53=125次实验。这种对每一种组合都进行测试的方法称为全面试验，显然全面试验的测试次数往往是很大的。如果一个实验有五个影响其结果的因素，每因素又分为5个水平，那么就要做55=3125次测试。这样大的工作量在客观上既不允许，同时也没有必要。对于一般中学化学教学实验大多采用简单比较法进行有选择的测试。例如上述三个因素的实验，在研究其中一个因素的影响大小时，可先将其余因素固定在某一个因素的水平上（常选择中间水平固定），即采用变化一个因素固定 其他因素的方法进行逐一测试。如先测试A因素，则可固定其余两个因素于B3C3上（也可选B1C2等任一组合），用B3C3分别与A1、A2、A3、A4、A5测试5次。如果测试结果表明A4水平的值最理想，则可固定A4，在固定C3，用A4、 C3分别与 B1、B2、B3、B4、B5测试5次，可得到B因素的最佳水平。假设其最佳水平为B2，则可以下结论说上述三个因素五个水平的诸条件组合的测试结果以A4B2C1的组合为最佳。用这种方法安排测试，工作量可大可大减小，而给出的结果一般即为最佳组合或接近最佳组合。当然这种方法所得信息不够全面、丰富，而且如果不重复测试，也无法排除其它误差造成的影响。这是简单比较法的不足之处。如果希望既能最大限度地减小试验次数，又能获得较全面的信息，那么数理统计的一个重要分支—“试验设计将提供许多方法，如正交设计、旋转设计等等。 4.正交试验设计法是一种用规范化的表格（正交表）来安排多因素试验和分析试验结果的方法。正交表是由数学工作者根据“因素均衡分散”等原则设计出来的。为适合各种试验情况，正交表的设计种类很多，实验研究着可根据自己需要从各种版本“数理统计”书中去挑选（本实验“参考文献”中列出的书籍资料中也能查到各种正交表）。 5.表6是一张正交表，通常称作L9(34)表，读作L-9-3-4表，符号“L”表示正交表，L右下角的数字“9”表示此表有9行，可以安排9次试验，括号内右上角的指数“4”表示此表有4列，最多可安排四个因素，括号内数字的底数“3”表示每个因素取三个水平。 表6 L9(34) 1 2 3 4 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 4 2 1 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1           表6表头的“列号”是放置试验中的诸因素（因素通常记作A，B，C，D…）的，该表列号有1,2,3,4表明其做多其最多可放置四个因素。如试验的因素少时，可只用其中几列。表的左侧是“试验号”，1，2，3…8，9表示一共可做9次试验。表内的1，2，3分别表示因素在试验中应分别取第一水平、第二水平和第三水平，故又称为水平号码。L9(34)正交表只能解决有三个水平的四个实验因素的试验设计问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，是一种比较简单地正交表。除此之外还有L16（45）、L25（56）等许多种正交表可供选择。 在选用正交表之前，首先要根据试验目的，确定试验要考察的因素。再确定每个因素变化的水平，考虑时注意试验范围一定要选得科学、恰当。选好正交表后要设计表头，即把各试验的因素放上去。某因素放在哪一列可以任意选取。各因素的水平的编号排列也是任意的。表2-9是某教师在研究木炭还原CuO实验时设计的表头。 表7 影响木炭还原氧化铜实验的因素及水平 A 灯焰温度/℃ B 试剂配比 C 试剂研和度 D 试剂水分 1 A1 600 B1 1:4 C1略搅拌 D1不除水分（湿） 2 A2 1000 B2 1:7 C2混合后研磨2min D2彻底除去水分（干） 3 A3 1500 B3 1:10 C3混合后研磨5min D3除去约一半水分（半干）           选择了适当的正交设计表，又设计好了表头，就可列出具体的试验表了。上面的实验所给出的试验表，试验表设计好后，逐一对每个试验号按编排的条件或要求一一试验，并记录好各次试验的结果，然后按一定的步骤分析试验结果。试验结果的分析方法有两种，一种是直观分析，方法简单直观，计算工作量也小，但不能给出试验误差大小的估计，也无法知道分析的精密度。另一种是方差分析，它避免了直观分析法的缺点，分析得比较精细。但计算量较大。“木炭还原氧化铜实验”的考察指标，往往会选择“实验现象是否明显”之类的非定量的指标，所以可采用直观分析法。有关直观分析法的实例在下面的实验五中还会提及。另外，正交试验法的直观分析和方差分析的具体内容及要求都较多，实验者如有兴趣，可通过翻阅本实验所列出的一些参考文献，作进一步的学习、了解。 实验的改进如下： 一.演示前的准备 (1)取1张废报纸在石棉网上烧成灰，并用玻璃棒研细，在托盘天平上称取O.lg，此为自制之木炭粉.另取0.8g氧化铜粉，混合均匀备用。 (2)用吸了灯用酒精lmL的长滴管伸入1支硬质试管的底部，将酒精挤入试管，转动试管，将试管准备加热的一面润湿约2cm。 (3)将纸灰和氧化铜的混合物用纸槽送入试管底部，然后转动试管，使混合物均匀地粘贴在润湿了的试管壁上.再用玻璃棒把一小团玻璃纤维加入试管底部，使之与混合物紧贴。小火加热试管底部，使酒精挥发出试管。 2.课堂演示 (1)将准备好纸灰和氧化铜的硬质试管夹于铁架台上，甩配有玻璃弯管的橡皮塞塞住试管口，使弯管另一端伸入盛有澄清石灰水的烧杯里。 (2)用酒精灯大火加热试管底部(可加铁丝网灯罩以提高火力)3至5分钟，可以看到澄清石灰水变浑浊，试管底部出现2cm长的光亮铜镜。 二、操作 1.将烘干的木炭研细，然后按1:1的质量比称取木炭粉和氧化铜，放入同一研钵中用力充分混研。直到看不见晶亮的小颗粒为。 2.取1克混合粉末置于一干燥的硬质试管底部。用玻璃棒将粉末轻轻压实(不要压得太紧)，然后将石棉绒铺在粉末上。用细铁丝绕一长短合适的弹簧状螺旋，将其插入试管顶住石棉绒。 3.用酒精喷灯给试管预热，然后对准存放药品的部位加热。当反应一旦发生就停止加热。由于剧烈的放热反应产生的热量延及到所有的反应物，试管内通红，反应继续进行。在石灰水中不再有气泡冒出时，止住橡皮管。待试管冷却至室温后，将漏斗移出液面，打开弹簧夹，从试管中取出金属铜。 三、几点说明 1.由C+2Cu0=2Cu+CO2:个可知，反应物碳与氧化铜的质量比为1:13. 3。但由于木炭中含有杂质，且在高温下炭还会转化为一氧化碳，除其中一部分一氧化碳还原氧化铜外，另一部分一氧化碳散失到空气中，为了确保氧化铜被完全还原，在实际使用中炭粉的质量应大于理论值，即质量比在1：12时实验效果最佳。 2.木炭和氧化铜要干燥，以防止试管在加热时破裂。所选用的木炭应以炭化完全的优质产品为宜。 3。反应一定要高温。若没有酒精喷灯可将普通酒精灯用多股棉纱作灯芯，并套上一个汽化罩以提高酒精灯的温度。 4.小漏斗倒置于石灰水液面上的目的是防止因反应剧烈，放出的二氧化碳气体把石灰水冲出烧杯外。 四、优点 改进后的实验现象明显，不仅能观察到澄清的石灰水变浑浊而且还能清晰地观察到反应剧烈放热，反应后倒出的固体几乎全部是紫红色的铜且管壁伴有铜镜。 实验七 含氯消毒液性质、作用的探究 【研究背景】 日常生活中的消毒液包括多种，如适用于医院、公共场所喷洒消毒的过氧乙酸；对宾馆，餐饮业以及家庭等日常用品消毒的含氯消毒液。其中又以含氯消毒液最为常用，其有效含氯量高、使用安全、而且价格便宜，同时它与水的亲和性很好，能与水以任意比例互溶且不存在液氯、二氧化氯等药品的安全隐患，因此它受到人们的青睐。含氯消毒液主要是指溶液中含有一定量的次氯酸，并以此来消毒杀菌的液体消毒液，有效成分使次氯酸和次氯酸钙。日常生活中常用到的“84”消毒液就是以次氯酸钠为主的典型的含氯消毒液。