利用滤纸做实验.docx
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利用滤纸做实验
化教论学生实验报告册
课题：
《利用滤纸做实验》
姓名：
王思氩
学号：
10111550105
日期：
2013年11月7日
《利用滤纸做实验》
一实验原理：
二．实验评估指标：
三．具体操作步骤
（一）还原铁的氧化物
操作步骤
实验现象
1.取三氯化铁配置溶液
取适量三氯化铁，微微加热，
加入蒸馏水，
用玻璃棒搅拌，使其溶解。
三氯化铁为棕黄色块状固体物质，
配置成的溶液为棕黄色，
浓度很大并且加热一段时间后溶液显红棕色
2.浸染滤纸
将干净的滤纸放置于配置好的三氯化铁溶液中，浸泡一段时间
滤纸呈黄色
3.烘干滤纸
用石棉网置于三脚架上，把浸泡好的三氯化铁滤纸放在石棉网上。
用酒精灯在滤纸下方来回移动，进行微微加热，烘干试纸
烘干后的试纸黄色程度稍微有所减轻。
由于烘干的时间稍微过长，导致滤纸中部出现黑色，微微碳化
4.灼烧滤纸
将滤纸适当卷曲，用镊子夹住，
将镊子移近酒精灯外焰，进行灼烧
滤纸烘干后比原来干净的滤纸更硬
滤纸燃烧时间比正常干净的滤纸燃烧时间更加长
燃烧的滤纸先变黑，然后继续燃烧，滤纸燃烧部位出现红热现象，
滤纸不会化为灰烬，而是凝结成一块黑色固体状，略带银灰色光泽
当燃烧至大约1分钟时，凝结的黑色部分开始断裂，此时立即停止燃烧
5.用吸铁石检验产物
将生成的黑色物质收集，
置于研钵中进行研磨
用纸槽将部分固体粉末送入试管底部，
用吸铁石靠近试管壁，在试管壁上来回移动
产物很脆，并且密度很小，随风易吹散
研磨后，产物变为很细的黑色粉末状物质
有部分黑色粉末沾在纸槽上，说明粉末很细，很轻
黑色粉末的大部分在吸铁石处聚集，随着吸铁石的来回移动，黑色粉末也来回移动
6.用盐酸检验产物
把研钵中剩余部分的固体产物用纸槽送入另外一个试管当中，加入少量盐酸，盐酸的加入量以能完全浸没固体产物为准。
加入盐酸的瞬间，试管中立即产生大量气泡，
并且黑色粉末在试管中随着气泡的产生向上浮动
静置后观察到溶液由原来的无色变为黄绿色，
（二）还原铜的氧化物
操作步骤
实验现象
1.配置硫酸铜溶液
在烧杯中加入适量水，在三脚架上放置石棉网，将烧杯置于石棉网上，用酒精灯进行加热。
向微热的水中加入过量的五水硫酸铜晶体，
搅拌，继续加热使其溶解。
.
五水硫酸铜晶体为蓝色颗粒状晶体
硫酸铜饱和溶液为蓝色溶液
随着加热时间的延长，开始不可以溶解的蓝色颗粒逐渐溶解。
2.浸染滤纸
将滤纸置于饱和硫酸铜溶液中，浸泡几分钟
滤纸由白色变为浅蓝色
3.烘干滤纸
将三脚架上的烧杯取下，将湿润的滤纸置于石棉网上方，
用酒精灯来回移动，微微加热，烘干滤纸
随着滤纸逐渐干燥，浅蓝色渐渐消失，滤纸的大部分又由浅蓝色变为白色。
4.灼烧滤纸
将滤纸适当卷曲，用镊子夹住，
将镊子移近酒精灯外焰，进行灼烧
滤纸烘干后比原来干净的滤纸更硬
灼烧时火焰呈现绿色
滤纸燃烧时间比正常干净的滤纸燃烧时间更加长
燃烧的滤纸先变黑，然后继续燃烧，滤纸燃烧部位出现红热现象，
滤纸不会化为灰烬，而是在燃烧过程中又由原来的黑色渐渐变为砖红色，
当燃烧至大约1分钟时，凝结的黑色部分开始断裂，此时立即停止燃烧
5.直接用浓硝酸对产物进行检验
取部分产物用纸槽送入试管中，向试管中直接加入少量浓硝酸，浓硝酸的量以能完全浸没固体产物为宜
试管底部冒气泡，在试管中立即产生大量棕黄色的气体，并且有浓烈的刺激性气味
6.用盐酸和浓硝酸进行检验
再去剩余的固体产物于试管中，向试管中加入少量的稀盐酸，
振荡，静置。
试管中原始固体产物的无明显变化现象
静置后溶液由原来的无色变为浅绿色。
三．实验结果分析：
四．对还原氧化铜实验的改进方案：
方案一
操作步骤
时间轴
实验现象
1.前期准备工作不变
2.改用下图装置进行滤纸上的反应
开始用煤气灯进行加热
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滤纸没有明显变化
滤纸开始局部变为黑色
滤纸已经全部变黑，在试管壁上，靠近导气管口部位产生大量水珠？
滤纸靠近煤气灯焰部位看到微微变红
滤纸逐渐由黑色变为砖红色
滤纸的绝大部分都变为砖红色
3.用物理方法检验产物
在停止加热后，立即取出部分产物，置于水中，找寻是否有砖红色并且带有金属光泽的物质。
在产物中未发现有金属光泽的砖红色物质
4.用化学方法检验产物
取剩余部分的固体产物于试管中，向试管中加入适量的盐酸，以能完全浸没产物为主，振荡。
向试管中加入一定量的浓硝酸，振荡。
无法清楚观察到固体产物的变化，但是静置后溶液由无色变为浅黄绿色
加入浓硝酸后，未明显看到红棕色气体产生。
5改进结果：
通过物理和化学方法都无法明确证明有单质铜生成，此方案失败。
方案二
实验步骤
时间轴
实验现象
1.前期准备工作不变
2.改用下图的装置进行滤纸上的反应
将坩埚置于泥三角上，把烘干的滤纸卷成小块，放在坩埚中，盖上坩埚的盖子，用煤气灯进行加热。
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迅速打开坩埚的盖子，观察到滤纸完全变黑。
坩埚中的滤纸微微泛红
开盖2s，看到滤纸上部接近空气处发出红热火光。
此时立即盖上坩埚的盖子。
防止更多空气进入，将产物氧化。
3.用物理方法检验产物
立即打开坩埚的盖子，迅速将产物取出，直接将产物倾倒入水中，观察你产物的现象。
32:
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滤纸中一半已经变为砖红色，但是还有大部分呈黑色。
水中的滤纸被卷曲重叠的部分十分坚硬。
用玻璃棒将水中的产物分成细碎小块，找寻是否有金属单质铜，未见到砖红色的有金属光泽的物质生成。
4.改进结果：
采用的是物理方法进行检验，未发现单质铜生成，实验失败。
五．改进方案分析：
方
案
一
改进的思路
A改进时需要解决的问题：
本次实验的关键是，在加热时，与空气接触，如果生成了单质铜，高温暴露于空气当中，很容易与氧气反应，生成铜的氧化物。
由于铜的其中一种氧化物氧化亚铜颜色也为红色，无法清楚将其和铜用普通方法分开。
所以为了证明反应中有Cu生成，要尽量隔绝氧气，防止铜继续与氧气发生反应。
B采用这套装置的目的：
在加热滤纸时要尽可能隔绝氧气：
C装置的原理：
在加热时，试管内的气体受热膨胀，并且会产生二氧化碳，所以排气管口只会向外排气，周围的空气不会通过这个口进入试管内部，
改进结果和
分析
A从效果方面看：
此次改进结果为失败，没有明确证明有单质铜的生成。
但是：
另外一组实验小组中采用相同的实验装置中，最后再溶液中找到了一粒极小的具有金属光泽的铜粒。
说明，此装置是具有可行性的，但是成功率相对较低，对操作的要求很高，偶然性也较大。
B从操作难易程度方面看：
这套装置的操作步骤并没有太过繁琐，在普通的实验室就能实现。
但是，如果中学实验室的条件有限，不具备煤气灯时，此改进方法不可行。
C从耗费的时间和资源方面看：
a.本次实验中加热的时间过长，无法再短时间内得到实验现象，不适合作为演示实验装置。
b.由于必须采用温度较高的煤气灯进行加热，并且需要加热很长时间，所以资源的耗费情况较为严重。
方案二
改进原理和思路
A改进时需要解决的问题：
同上，解决反应时候，由于滤纸暴露在空气中，所以生成的产物在高温下很容易立即被氧化而无法得到单质铜。
B采用这套装置的目的
同上，需要尽可能地在加热过程中隔绝反应物与空气的接触
C装置的原理：
采用坩埚，可以集中对坩埚部位进行加热，盖上盖子之后，坩埚的盖子并不是密封的，所以在加热时，既可以保证安全地加热，又可以确保尽可能地隔绝空气中的氧气与反应后的产物进行接触发生二次反应。
改进结果和分析
A从效果方面看：
此次改进结果为失败，没有明确证明有单质铜的生成。
失败原因分析：
此套装置隔绝空气中的氧气的效果极佳，失败的很大原因是因为反应时间不足。
当取出产物时，仍有很大部分的滤纸是黑色，说明它仍旧只是被碳化，但是并没有将氧化铜进行还原。
B从操作难易程度方面看：
这套装置的操作步骤并没有太过繁琐，在普通的实验室就能实现。
但是，如果中学实验室的条件有限，不具备煤气灯时，此改进方法不可行。
C从耗费的时间和资源方面看：
a本次实验中加热的时间过长，无法再短时间内得到实验现象，不适合作为演示实验装置。
并且要想得到良好的实验现象，仍旧需要大量时间，如果作为探究实验，本方法是可行的。
b由于必须采用温度较高的煤气灯进行加热，并且需要加热很长时间，所以资源的耗费情况较为严重。
六．关于实验的相关思考
思考提问
1.硫酸铜溶液和三氯化铁的溶液浓度与实验的现象有何关系？
答：
A根据调查:
两天实验情况下，第一天实验组在用盐酸验证铁单质时，很难看到气泡产生，并且
算产生了气泡也是极少量的，无法明显看到实验现象。
但是第二天实验小组却普遍
能够在用盐酸验证铁单质时看到大量气泡产生
分析原因：
因为第二天的实验组里所配置的三氯化铁溶液的浓度明显高于第一天的实验小组，加热温度较高，能够溶解更多的三氯化铁，所使用的三氯化铁溶液呈红棕色，能够明显看到实验现象。
结论：
在还原氧化铁实验中，三氯化铁溶液的浓度对实验现象有明显影响，浓度高的，实验现象明显。
B.两天实验中，所配置的硫酸铜溶液虽然也有很大的浓度差别，但是两天的实验结果中，都几乎无法明显地实验对生成铜单质的验证。
结论：
硫酸铜溶液的浓度对实验的进行并没有太大的影响。
2.根据1问的结论，用何种方法制备三氯化铁和硫酸铜溶液更加好？
答：
因为三氯化铁溶液的浓度对实验现象有明显的影响，所以在配置时要尽可能让溶液浓度高，因为随着温度的升高，三氯化铁的溶解度增大，所以采用加热溶液的办法，多溶解一些三氯化铁。
配制浓度较高的溶液。
因为硫酸铜溶液的浓度对实验现象没有很大程度的影响，所以在配制时没有严格要求，只需要进行适度加热，然后溶解一定量的硫酸铜晶体即可。
3.采用加热的方法，会产生氢氧化铁胶体，这对本实验有影响吗？
答：
根据反应进程：
三氯化铁先在加热条件下水解成Fe（OH）3胶体，三氯化铁胶体在空气中灼烧，发生反应：
2Fe（OH）3-----Fe2O3+3H2O。
根据此过程，能够产生所需要的氧化铁物质。
本次实验是想验证滤纸燃烧的产物能够将铁的氧化物进行还原。
所以无论是用氯化铁溶液，还是用氢氧化铁胶体，都能够使反应继续进行。
4.为什么浸泡过饱和硫酸铜溶液的滤纸烘干后会变成白色？
对整个滤纸的现象变化进行具体的解释。
答：
（1）滤纸由浅蓝变白,原因是滤纸上的水份蒸发掉后,ＣｕＳＯ4·5Ｈ2Ｏ也失去全部结晶水变成白色的ＣｕＳＯ4。
（2）滤纸变黑,原因是滤纸炭化,同时ＣｕＳＯ4也分解为黑色ＣｕＯ。
（3）将炭化后的滤纸灼烧至红热,离开酒精灯后慢慢地使整张滤纸烧尽,即有红色物质生成,原因是Ｃ与Ｏ2作用放热,同时ＣｕＯ又与Ｃ发生放热反应生成了少量铜。
（4）红色物质铜在酒精灯外焰加热,颜色又变黑,原因是Ｃｕ与Ｏ2作用生成ＣｕＯ。
5.列举几种烘干滤纸的方式，比较采用那一种更好？
答：
（1）本实验采用的是用酒精灯加热进行烘干。
优点：
烘干的速度很快，30s即可烘干。
缺点：
如果操作不当，很可能将滤纸提前碳化。
但是对实验结果影响也不大。
并且烘干的效果不是太好，仍会留有一定量的水分，如果采用改进方案一进行实验，会造成装置有水雾凝结。
（2）如果条件允许，可以优先采用烘箱对滤纸进行烘干。
优点：
烘干的速度快，并且效果好，烘干得均匀。
（3）还可以采取自由晾干的方式。
缺点：
耗费的时间很长，需要10min。
6.灼烧滤纸时，为什么要采用卷曲的方式？
如果直接将平铺的滤纸进行灼烧，实验效果有何影响？
答：
A本次实验的关键是，在加热时，与空气接触，如果生成了单质铜，高温暴露于空气当中，很容易与氧气反应，生成铜的氧化物。
由于铜的其中一种氧化物氧化亚铜颜色也为红色，无法清楚将其和铜用普通方法分开。
严重影响实验结果，所以为了证明反应中有Cu生成，要尽量隔绝氧气，防止铜继续与氧气发生反应。
B按照原理，将滤纸卷曲能在一定程度上减少生成物与空气中的氧气的接触，减少发生产物被氧化的几率。
C但是，根据对比试验：
分别采用同一样品溶液浸泡滤纸，采用卷曲的方式和直接平铺的方式进行滤纸的灼烧
结果：
对产物的检验现象并无明显差别，
结论：
采用卷曲的方式和直接将平铺的滤纸进行灼烧，对实验效果无明显影响。
7.为何在用吸铁石检验产物之后，还要用盐酸进行检验？
答：
A因为铁的其中一种氧化物：
Fe3O4也具有磁性，能够被吸铁石所吸引。
所以不能通过吸铁石来直接检验出产物就是铁单质。
B铁单质与盐酸反应生成氢气，能够冒气泡，但是Fe3O4与盐酸反应不能产生气体，所以能够区分出铁单质。
8.在不考虑实验条件限制的情况下，还可以通过什么方式达到隔绝氧气的效果？
答：
A在滤纸完全碳化以后，加热过程中，向试管中通入纯氮气。
B在密闭的反应器中通入二氧化碳或者通入氙等稀有惰性气体
C在滤纸碳化后，将反应环境抽成真空。
9.为什么滤纸燃烧后仍然能够保持完整的一块，而不破碎？
答：
A滤纸其材质是纤维制成品，因此它的表面有无数小孔可供液体粒子通过，而体积较大的固体粒子则不能通过。
过滤时积存的固体颗粒或会阻塞滤纸上的小孔，因此渗水小孔愈密集，也就表示其容量愈高。
B滤纸在溶液中浸泡后，反应物在滤纸的小孔内密集，在灼烧时，滤纸先碳化，再和反应物质反应，由于生成的是固体产物，所以仍能保持密集连接状态。
10.在改进方案一中，采用试管和导气管装置，为何会在试管口产生水雾？
产生的水雾对实验有何影响？
针对这一现象，在操作时要注意哪些细节？
答：
A根据对比试验：
两次采用此装置进行操作，第一次的烘干效果不是太好，导致试管中有大量水珠凝结。
第二次的烘干效果很好，但是在试管前部仍能看见少量的水雾。
所以，根据结果，大量的水雾产生是因为没有烘干滤纸，
B但是就算是烘干了，在实验中，也很难避免水雾不产生，为了防止水汽冷凝倒流回试管底部使受热不均匀炸裂，所以在安装装置时，试管口应该略向下倾斜。
11.在改进方案二中，采用坩埚作为加热装置，在打开坩埚盖子的时候，为什么能够看到滤纸边缘发出红热火光？
答：
A采用坩埚加热的一个最大好处是能够很大程度地实现氧气的隔绝。
B但是经过分析，滤纸在很长时间内都在保持黑色的碳化状态，却没有能够还原氧化铜，产生新的产物。
说明碳化不够完全，从而影响反应进程。
C因为坩埚中原有的氧气含量很小，在加热时外界的空气不能进入坩埚中。
所以打开坩埚盖子的时候，由于滤纸有机会与空气接触，所以进行碳化，能够看到滤纸边缘发出红热火光。
七．教学技能反思：
八．教学知识拓展：
----铜、氧化铜、氧化亚铜的识别小PK
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