正交法測定木炭還原氧化銅的最佳實(shí)驗(yàn)條件報(bào)告書

正交法測定木炭還原氧化銅的最佳實(shí)驗(yàn)條件報(bào)告書設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案報(bào)告書開課學(xué)期2014至2015學(xué)年第2學(xué)期實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：木炭還原氧化銅實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：井娟、李娜、李穎、劉絲路指導(dǎo)教師：楊國萍學(xué)號(hào)：12060141009、1206014101112060141014、12060141015專業(yè)：化學(xué)班級(jí)：化學(xué)教育完成日期：2015年4月16日實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：正交實(shí)驗(yàn)法探究木炭還原氧化銅最佳實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)數(shù)：8課時(shí)學(xué)分?jǐn)?shù)：所屬課程：化學(xué)教學(xué)論課程性質(zhì)：探究實(shí)驗(yàn)所屬實(shí)驗(yàn)室：教法實(shí)驗(yàn)室起止時(shí)間：第7-8周文獻(xiàn)綜述碳還原氧化銅是初中化學(xué)教材中的一個(gè)重要而又難做成功的演示實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)的目的是向?qū)W生直觀說明:單質(zhì)的碳也像氫氣一樣,具有還原性,在較高的溫度下它能奪取某些氧化物里的氧,使其發(fā)生還原反應(yīng)。該實(shí)驗(yàn)成功的現(xiàn)象表現(xiàn)在三個(gè)方面:(1)澄清石灰水變渾濁;(2)反應(yīng)有著紅熱現(xiàn)象;(3)有光亮的塊狀銅生成。按照義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書初中化學(xué)[實(shí)驗(yàn)6-2]的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)成功率低,并且還原產(chǎn)物往往成磚紅色粉末狀,得不到有金屬光澤的亮紅色銅塊,達(dá)不到該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的。有資料指出，其實(shí)這種磚紅色物質(zhì)是氧化亞銅而不是銅。但反應(yīng)失敗時(shí)有的實(shí)驗(yàn)者將磚紅色的氧化亞銅當(dāng)作銅，致使學(xué)生產(chǎn)生誤解，影響了對(duì)反應(yīng)實(shí)質(zhì)的把握。有許多化學(xué)教學(xué)工作者都對(duì)這一反應(yīng)進(jìn)行了探索，對(duì)各因素的影響也已進(jìn)行了大量研究，但側(cè)重于單一參數(shù)變化對(duì)反應(yīng)的影響。而各種因素對(duì)反應(yīng)的影響大小不同，每種因素又可以有不同水平，這些因素水平之間又相互制約，因而簡單實(shí)驗(yàn)并不能揭示各因素影響的大小。因此本實(shí)驗(yàn)通過正交設(shè)計(jì)法對(duì)反應(yīng)進(jìn)行探索，欲找到此反應(yīng)中各因素影響的大小及此反應(yīng)的最佳實(shí)驗(yàn)條件。一、火焰溫度。不同的溫度下反應(yīng)結(jié)果不同，采用酒精燈罩改變火焰溫度將儀器在120℃烘箱中干燥1h。將炭研細(xì)，備用。5.2檢驗(yàn)裝置的氣密性。如下圖安裝好儀器，用手捂住試管，觀察導(dǎo)管處有氣泡冒出，松開試管并稍等片刻，觀察到導(dǎo)管有一小段上升的水柱，證明裝置氣密性良好。圖1木炭還原氧化銅裝置圖圖1木炭還原氧化銅裝置圖5.3設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)表，按表格進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。5.4反應(yīng)物的稱取。按表格所給的比例稱取木炭和氧化銅粉末，先將純木炭裝入試管底部，在裝入氧化銅粉末，混合后壓緊并夯實(shí)。按所給條件選取適當(dāng)溫度進(jìn)行加熱。5.5在右側(cè)試管中加入30ml澄清石灰水，點(diǎn)燃酒精燈，加熱。片刻后將導(dǎo)管深入澄清石灰水液面下。開始反應(yīng)。5.6待石灰水中沒有氣泡冒出至反應(yīng)完畢后，先用彈簧夾家住導(dǎo)氣管的膠皮管，再撤去澄清石灰水中的導(dǎo)管，最后熄滅撤去酒精燈。待裝置冷卻后，拆分實(shí)驗(yàn)裝置。5.7洗滌儀器，放回原位。結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄序號(hào)試管內(nèi)現(xiàn)象燒杯內(nèi)現(xiàn)象評(píng)分1無光亮的Cu，大部分是Cu2O澄清石灰水變渾濁642無光亮的Cu，大部分是Cu2O澄清石灰水變渾濁693小部分是Cu澄清石灰水變渾濁794無光亮的Cu，大部分是Cu2O澄清石灰水變渾濁665無光亮的Cu，大部分是Cu2O澄清石灰水變渾濁606無光亮的Cu，大部分是Cu2O澄清石灰水變渾濁687小部分是Cu澄清石灰水變渾濁708無光亮的Cu，大部分是Cu2O澄清石灰水變渾濁609無光亮的Cu，大部分是Cu2O澄清石灰水變渾濁63實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)分結(jié)果全部生成光亮的銅，無CuO、C和Cu2O100幾乎全部有生成光亮的銅，稍有CuO和Cu2O90-99大部分是Cu80-89小部分是Cu70-79無光亮的Cu，大部分是Cu2O60-69正交實(shí)驗(yàn)法探究木炭與氧化銅實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理實(shí)驗(yàn)編號(hào)影響因素結(jié)果評(píng)分ABCD1A1B1C1D1642A1B2C2D2693A1B3C3D3794A2B3C2D1665A2B2C1D3606A2B1C3D2687A3B2C3D1708A3B3C1D2609A3B1C2D363K1212195184200K2194199198197K3193205217202k170.665.061.366.6k264.666.366.065.6k364.368.372.367.3R6.33.311.01.7容易看出，影響因素的主次順序?yàn)镃＞A＞B＞D。即研磨時(shí)間＞木炭與氧化銅質(zhì)量比＞火焰溫度＞烘干時(shí)間。經(jīng)過上圖可直觀比較各因素的k1,k2和k3，可以看出，對(duì)木炭與氧化銅質(zhì)量比，最好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為A1，對(duì)火焰溫度最好實(shí)驗(yàn)結(jié)果為B3，對(duì)研磨時(shí)間最好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為C3，對(duì)木炭烘干時(shí)間最好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為D3。因此綜合九次實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，木炭還原氧化銅的最好實(shí)驗(yàn)條件為A1.B3.C3.D3，也就是木炭與氧化銅質(zhì)量比為1：10，火焰加熱溫度為酒精燈加粗網(wǎng)罩，研磨時(shí)間為10min，木炭烘干時(shí)間為1h。七、實(shí)驗(yàn)中可能存在的問題及解決方法6.1反應(yīng)完畢加熱不能立即停止，應(yīng)逐漸停止加熱，否則因冷卻而進(jìn)如試管的氧氣會(huì)重新氧化產(chǎn)物銅的表面，使其顏色發(fā)暗。6.2本實(shí)驗(yàn)加熱的溫度較高，應(yīng)使用硬質(zhì)試管來做。6.3本實(shí)驗(yàn)所有反應(yīng)物都應(yīng)除水，而且硬質(zhì)試管也應(yīng)該干燥，防止副反應(yīng)的發(fā)生。6.4拆卸裝置時(shí)，應(yīng)先移出試管