正交法测定木炭还原氧化铜的最佳实验条件报告书

正交法测定木炭还原氧化铜的最佳实验条件报告书设计实验方案报告书开课学期2014至2015学年第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、刘丝路指导教师：杨国萍学号：12060141009、1206014101112060141014、12060141015专业：化学班级：化学教育完成日期：2015年4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计划学时数：8课时学分数：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周文献综述碳还原氧化铜是初中化学教材中的一个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说明:单质的碳也像氢气一样,具有还原性,在较高的温度下它能夺取某些氧化物里的氧,使其发生还原反应。该实验成功的现象表现在三个方面:(1)澄清石灰水变浑浊;(2)反应有着红热现象;(3)有光亮的块状铜生成。按照义务教育课程标准实验教科书初中化学[实验6-2]的方法进行实验,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。但反应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，影响了对反应实质的把握。有许多化学教学工作者都对这一反应进行了探索，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应的影响。而各种因素对反应的影响大小不同，每种因素又可以有不同水平，这些因素水平之间又相互制约，因而简单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应进行探索，欲找到此反应中各因素影响的大小及此反应的最佳实验条件。一、火焰温度。不同的温度下反应结果不同，采用酒精灯罩改变火焰温度将仪器在120℃烘箱中干燥1h。将炭研细，备用。5.2检验装置的气密性。如下图安装好仪器，用手捂住试管，观察导管处有气泡冒出，松开试管并稍等片刻，观察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图1木炭还原氧化铜装置图5.3设计正交试验表，按表格进行实验。5.4反应物的称取。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。按所给条件选取适当温度进行加热。5.5在右侧试管中加入30ml澄清石灰水，点燃酒精灯，加热。片刻后将导管深入澄清石灰水液面下。开始反应。5.6待石灰水中没有气泡冒出至反应完毕后，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。待装置冷却后，拆分实验装置。5.7洗涤仪器，放回原位。结果与讨论实验结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Cu，大部分是Cu2O澄清石灰水变浑浊693小部分是Cu澄清石灰水变浑浊794无光亮的Cu，大部分是Cu2O澄清石灰水变浑浊665无光亮的Cu，大部分是Cu2O澄清石灰水变浑浊606无光亮的Cu，大部分是Cu2O澄清石灰水变浑浊687小部分是Cu澄清石灰水变浑浊708无光亮的Cu，大部分是Cu2O澄清石灰水变浑浊609无光亮的Cu，大部分是Cu2O澄清石灰水变浑浊63实验结果评分标准实验结果评分结果全部生成光亮的铜，无CuO、C和Cu2O100几乎全部有生成光亮的铜，稍有CuO和Cu2O90-99大部分是Cu80-89小部分是Cu70-79无光亮的Cu，大部分是Cu2O60-69正交实验法探究木炭与氧化铜实验结果的处理实验编号影响因素结果评分ABCD1A1B1C1D1642A1B2C2D2693A1B3C3D3794A2B3C2D1665A2B2C1D3606A2B1C3D2687A3B2C3D1708A3B3C1D2609A3B1C2D363K1212195184200K2194199198197K3193205217202k170.665.061.366.6k264.666.366.065.6k364.368.372.367.3R6.33.311.01.7容易看出，影响因素的主次顺序为C＞A＞B＞D。即研磨时间＞木炭与氧化铜质量比＞火焰温度＞烘干时间。经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，最好的实验结果为A1，对火焰温度最好实验结果为B3，对研磨时间最好的实验结果为C3，对木炭烘干时间最好的实验结果为D3。因此综合九次实验结果来看，木炭还原氧化铜的最好实验条件为A1.B3.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1h。七、实验中可能存在的问题及解决方法6.1反应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。6.2本实验加热的温度较高，应使用硬质试管来做。6.3本实验所有反应物都应除水，而且硬质试管也应该干燥，防止副反应的发生。6.4拆卸装置时，应先移出试管