化学人教版九年级下册金属的冶炼

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1、用正交设计法探讨木炭还原氧化铜的最佳实验条件红河中学刘骏摘要：以“木炭还原氧化铜”实验为研究对象,用正交实验设计法探索此反应的最佳条件.结论为：取新制木炭和氧化铜按质量比1：4混合，研磨10分钟，用改良酒精灯加热进行实验效果最佳。关键词：正交实验设计法木炭还原氧化铜最佳条件初中《自然科学》中有一炭的还原性的演示实验，即用木炭还原氧化铜，很多实验者都感觉到，这个实验条件难把握，成功率低，反应时间长，试管内物质颜色变化不明显或有少量砖红色物质产生。有资料指出，其实这种砖红色物质是氧化亚铜，而不是铜[1]。但反

2、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[2]。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。1.实验仪器及试剂CuO粉末分析纯HNO31:1分析纯HCl1:1分析纯浓氨水分析纯浓

3、H2SＯ4分析纯KI（固体）分析纯KSCN（固体）分析纯木炭：用杨树杆烧红闷灭制得改良酒精灯：即双芯酒精灯，可用广口瓶和大橡皮塞制成。将橡皮塞钻两个孔插入两根玻璃管，玻璃管中插入绕有钢丝的棉芯，并配以防风罩[3]。SnCl2溶液（5%）：称取20gSnCl22H2O溶于100mL浓HCl中。此溶液临用前一天配制。再加入Sn粒防止SnCl2被氧化，使用时三等体积稀释。5%淀粉批示剂：称到0.5g可溶性淀粉，用少量水搅匀后，加入到100mL沸水中，搅匀、冷却后，加入0.1gHgI2作防腐剂。Na2S2Ｏ3标准

4、溶液[4]：（1）.配制称取26gNa2S2O35H2O，溶于500ml新煮沸的蒸馏水中，加0.20gNa2CO3，保存于棕色瓶中，置于暗处,七天后标定.（2）.标定：准确称取已烘干的K2CrO70.14g2份，分别放入250mL锥形瓶中，加10-20mL水溶解，再加入2gKI（固体）和60mol/LHCl溶液5mL，摇匀后盖上表面皿，放于暗处5min。然后加50mL水稀释，用Na2S2O3溶液滴定到显浅黄绿色时加入0.5%淀粉批示剂3mL继续滴定至溶液由蓝色变为亮绿色即为终点。2.实验正交表的设计通过查

5、阅相关资料，及对实验的考察，总结出影响实验的主要因素有：灯焰温度（A）、木炭和CuO的质量比（B）、试剂研磨及混合程度（C）、试剂的湿度（D）这四个因素。并将每一因素在可行范围内取三个不同的水平进行试验，设计表如下：表一：因素水平表因素水平A温度（C）BC：CuO(质量比)C试剂及混合程度D试剂的温度16001：4略搅拌不除水分28001：7混合后研磨5分钟两试剂都烘干310001：10混合后研磨10分钟烘干一份试剂根据表头，从专业书附表栏中选取正交表L9（34）[5],试验安排表如下。表二：实验安排表因

6、素实验号A温度（C）B质量比C研磨程度D湿度16001：4略搅拌湿26001：75分钟干36001：1010分钟半干48001：45分钟半干58001：710分钟湿68001：10略搅拌干710001：410分钟干810001：7略搅拌半干910001：105分钟湿3.实验步骤（1）.备料：取适量CuO和制得的木炭，在120ºC烘箱内烘烤2小时左右[6]。并按表配制所需的木炭和氧化铜的混合物。（2）.反应：在分析天平上准确称取2g反应物于硬制试管中，按下图进行实验。（3）.分离：含产物的混合物用SnCl2

7、5%浸取液100mL加热煮沸15分钟，冷却，过滤，反复洗涤滤渣[7]将滤渣用25mLHNO3(1:1)溶解。加热趋尽溶解的氮的氧化物，滤液转移到250mL的容量瓶中定容。（4）.测定：用25mL移液管移取两份试液，各加5mL浓H2SＯ4加热至冒白烟，冷却后稀释至30mL，调剂pH值到3.5-4.0，用碘量法测定Cu[8]。（5）.计算：根据消耗的Na2S2Ｏ3标准溶液的体积计算产生的Cu，并计算转4.实验结果表三：直观分析表因素实验号ABCD指标(%)111115.8212228.2313336.0421

8、23805223191.9623123.67313285.38321338.89332168.9K1K2K320175.5193171.1138.978.548.2157.1183.2166.697.1124.8k1k2k36.758.564.357.046.326.216.152.461.155.532.641.7R57.630.845.023.1注：表中K1、K2、K3表示该因素相应水平的转化率之和。k1、k2、k3表示该