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1、设计实验方案报告书开课学期 至 年第 2 学期实验项目：木炭还原氧化铜实验设计 学生姓名：井娟、李娜、李颖、刘丝路指引教师: 杨国萍 学 号： 、 、专 业： 化学 班 级: 化学教育 完毕日期: 年 月 16 日实验项目名称:正交实验法探究木炭还原氧化铜最佳实验条件 实验筹划学时数： 学时 学分数： 所属课程： 化学教学论 课程性质： 探究实验 所属实验室： 教法实验室 起止时间： 第7-8周 一、 文献综述 碳还原氧化铜是初中化学教材中的一种重要而又难做成功的演示实验。该实验的目的是向学生直观阐明: 单质的碳也像氢气同样, 具有还原性, 在较高的温度下它能夺取某些氧化物里的氧， 使其发生还
2、原反映。该实验成功的现象表目前三个方面: (1)澄清石灰水变浑浊;( 2)反映有着红热现象;(3)有光亮的块状铜生成。按照义务教育课程原则实验教科书初中化学实验6- 2的措施进行实验, 该实验成功率低, 并且还原产物往往成砖红色粉末状,得不到有金属光泽的亮红色铜块， 达不到该实验的教学目的。有资料指出，其实这种砖红色物质是氧化亚铜而不是铜。但反映失败时有的实验者将砖红色的氧化亚铜当作铜,致使学生产生误解,影响了对反映实质的把握。有许多化学教学工作者都对这一反映进行了摸索，对各因素的影响也已进行了大量研究，但侧重于单一参数变化对反映的影响。而多种因素对反映的影响大小不同，每种因素又可以有不同水平
3、，这些因素水平之间又互相制约，因而简朴实验并不能揭示各因素影响的大小。因此本实验通过正交设计法对反映进行摸索，欲找到此反映中各因素影响的大小及此反映的最佳实验条件。一、火焰温度。不同的温度下反映成果不同，采用酒精灯罩变化火焰温度二、是选择合适的反映物质量比，木炭和氧化铜的比例是核心。按反映方程式计算，木炭和氧化铜的比例是1:132，考虑到木炭具有杂质,木炭应过量20%,因此采用大概1:10的比例。三、研磨时间。由于木炭和氧化铜都是固体,研磨时间不同,颗粒大小就不同，接触的表面积就不同，因此采用变化研磨时间来变化接触面积。参照文献：1陈达辉,龙光宇. 碳还原氧化铜的改善. 实验教学与仪器,994
4、,6（): 4.2董耀华. 碳还原氧化铜的实验探讨与改善 J 教学仪器与实验, , 4 (1): 7.3王锦化， 李晖, 孙张珂， 等 高师实验教学研究中碳还原氧化铜实验的重新设计 J. 高校实验室工作研究, , 2: 6-9.4钱亚兵, 鲍正荣. 碳还原氧化铜实验研究 J. 实验教学与仪器, , 2 （): 1- 5李建生,化学仪器和实验，,（8):31杨绍武,化学教育,，(4）;72二、实验目的(一）知识与技能 (1)通过实验进一步结识木炭单质的还原性及该实验的原理和操作技能; (）理解正交实验法的简朴应用，通过对本实验的研究进一步培养研究、改善化学实验的能力。(二）过程与措施 (1）通过
5、一系列基本操作进一步掌握基本操作及有关注意事项； (2)通过正交实验法探究本实验成功的最优化方案。(三)情感态度与价值观产生对化学学科的热爱,培养学生实事求是的科学态度，感受科学发现的过程和所运用的措施，发展互相交流，共同协作的科学精神,初步具有创新意识。 三、实验仪器与试剂1.表 实验仪器名称型号规格数量大试管5mm*20mm两个铁架台带铁夹一种玻璃导管90两个分析天平YP610N一种胶塞#单孔一种火柴一盒研钵配套研磨棒一种酒精灯一种酒精灯罩粗细网各一种橡胶管10m一种止水夹一种长柄药匙两个细铜丝20cm,40c各一种烘箱101-1E一种.表二 实验试剂名称规格数量木炭一瓶氧化铜一瓶澄清石灰
6、水一瓶四、实验原理 碳是一种具有还原性的非金属。在一定条件下,木炭具有还原性，能在加热的条件下夺取氧化铜中的氧,使金属氧化物还原为单质,炭则生成炭的氧化物。反映方程式为：+2CO=CO+2u， 反映条件为高温。该反映是固体与固体的反映,接触不够充足,因此需要增大反映物的接触面积，因此要把混合物充足研磨。而要观测到二氧化碳气体需要新制的澄清石灰水装置,反映产生的气体用澄清石灰水检查后若变浑浊，则有二氧化碳生成：02+Ca(OH)2CaCO3+H。但影响该实验的因素多达十几种，如碳和氧化铜的配比、碳和氧化铜的类型、反映药物干燥限度、反映混合物用量、反映温度、反映器类型、反映混合物粒度及混合限度、药
7、物填装方式、反映物堆积形态等。本实验通过正交实验法对木炭还原氧化铜的最佳实验条件进行探究找出影响实验的重要因素（火焰温度,木炭和氧化铜的质量比,反映研磨时间、烘干时间)，并得到最佳方案。因素水平表1 因素水平表:mcuo A火焰温度 研磨时间/mi C烘干时间h D11:10酒精灯002：12酒精灯+细网罩5、3:14酒精灯+粗网罩101表 实验安排表实验序号mc：mcuo A火焰温度 B研磨时间C烘干时间D1B11D1B2C2D231B3C3D34A2B32D15A22C16A2B1C3D27ABCD18A3C1DA1C23五、实验内容5.实验前准备工作 将仪器在12烘箱中干燥1h。将炭研细
8、，备用。5.2 检查装置的气密性。如下图安装好仪器，用手捂住试管，观测导管处有气泡冒出,松开试管并稍等半晌，观测到导管有一小段上升的水柱,证明装置气密性良好。图1木炭还原氧化铜装置图 5.3 设计正交实验表，按表格进行实验。5.4反映物的称取。 按表格所给的比例称取木炭和氧化铜粉末,先将纯木炭装入试管底部,在装入氧化铜粉末，混合后压紧并夯实。按所给条件选用合适温度进行加热。55 在右侧试管中加入30ml澄清石灰水，点燃酒精灯,加热。半晌后将导管进一步澄清石灰水液面下。开始反映。5. 待石灰水中没有气泡冒出至反映完毕后 ，先用弹簧夹家住导气管的胶皮管,再撤去澄清石灰水中的导管，最后熄灭撤去酒精灯
9、。待装置冷却后，拆分实验装置。洗涤仪器,放回原位。六、 成果与讨论1、 实验成果记录序号试管内现象烧杯内现象评分1无光亮的Cu,大部分是Cu2O澄清石灰水变浑浊 642无光亮的C,大部分是Cu2O澄清石灰水变浑浊 69小部分是澄清石灰水变浑浊 794无光亮的C，大部分是Cu2O澄清石灰水变浑浊 5无光亮的Cu，大部分是Cu2O澄清石灰水变浑浊 606无光亮的u，大部分是Cu2O澄清石灰水变浑浊 87小部分是C澄清石灰水变浑浊 70 8无光亮的Cu,大部分是2澄清石灰水变浑浊 9无光亮的,大部分是Cu2澄清石灰水变浑浊 632、 实验成果评分原则实验成果评提成果所有生成光亮的铜，无CuO、和Cu
10、10几乎所有有生成光亮的铜,稍有CuO和CuO9-99大部分是u0-89小部分是Cu70-79无光亮的Cu，大部分是Cu2O60-693、 正交实验法探究木炭与氧化铜实验成果的解决实验编号影响因素成果评分ABDAB1164 2A1B2C2D2693A1B3C3D37942B32D165A2B21D366A213D687A32C3D17083B3C1D2 A3B1C2363K1211951420K21941918197K19305217202k0.665.061.3.6k264666.66.65664.38.372.367.3R6.3331.0.7容易看出,影响因素的主次顺序为。即研磨时间木炭与
11、氧化铜质量比火焰温度烘干时间。通过上图可直观比较各因素的k1,k2和k3，可以看出,对木炭与氧化铜质量比，最佳的实验成果为A1,对火焰温度最佳实验成果为B3,对研磨时间最佳的实验成果为C3,对木炭烘干时间最佳的实验成果为D3。因此综合九次实验成果来看,木炭还原氧化铜的最佳实验条件为1.3.C3.D3，也就是木炭与氧化铜质量比为1：10,火焰加热温度为酒精灯加粗网罩，研磨时间为10min，木炭烘干时间为。七、实验中也许存在的问题及解决措施6.1反映完毕加热不能立即停止,应逐渐停止加热，否则因冷却而进如试管的氧气会重新氧化产物铜的表面，使其颜色发暗。6 本实验加热的温度较高，应使用硬质试管来做。63 本实验所有反映物都应除水,并且硬质试管也应当干燥,避免副反映的发生。6.4 拆卸装置时，应先移出试管(把导气管从石灰水中取出）,在熄灭酒精喷灯,以避免石灰水到流入上冷却的试管里而使试管破裂。65 实验结束时,将导气管的胶皮管用弹簧夹夹好,避免空气进入试管将灼热的铜会重新氧化，保证明验成功。八、起止时间、进程安排第7周准备实验仪器和药物,第8周进行实验。
