硫粉和鐵粉反應實驗的改進

摘 要：針對華師大版初中科學教材中硫粉和鐵粉反應的演示實驗易導致發(fā)生副反應、生成物污染空氣的問題，重新設計了實驗，新實驗基本無污染，現(xiàn)象直觀明了，成功率也大幅提升。

關鍵詞：硫粉；鐵粉；實驗改進；微型裝置

所謂微型化學實驗，是20世紀80年代首先從美國發(fā)展起來的一種化學實驗方法。它是指“以微小量的試劑，在微型化的儀器裝置中進行的化學實驗”。利用微型化學實驗裝置實驗，操作簡單，組裝安全，也大大降低實驗過程的危險性和對環(huán)境的污染。

硫單質的化學性質較活潑，能與多種金屬、非金屬等反應。硫粉與鐵粉反應，這個實驗簡單，現(xiàn)象也很明顯。華師大版初中科學教材中兩次出現(xiàn)了硫粉和鐵粉的實驗，一次是八年級上冊第六章第3節(jié)《物質的分類》有關“化合物與混合物的區(qū)別”，另一次是九年級上冊第一章第2節(jié)《化合反應和分解反應》的演示實驗“硫粉與鐵粉混合加熱”。兩次實驗都是在坩堝中或石棉網上加熱進行，且敞口于空氣中，發(fā)生的副反應生成的SO2氣體有刺激性氣味也有毒性，直接擴散到空氣中，造成教學環(huán)境污染，影響師生健康。從環(huán)境保護的角度來考慮，本實驗不適宜于室內進行。故此，筆者在教學過程中對該實驗進行改進，作了如下設計：

一、 設計理念

筆者在設計硫粉與鐵粉反應實驗時，重點突出了以下幾點：一是便于課堂演示，易于觀察實驗現(xiàn)象；二是力求取材容易，裝置簡單，易于制作；三是可吸收有害氣體二氧化硫，做到無空氣污染；四是必須是一個完整的全封閉裝置且可自動調節(jié)裝置內的氣壓大小。

二、 實驗原理

（一） 鐵與硫的反應

在加熱條件下鐵粉與硫粉的混合物（質量比：2∶1）發(fā)生反應，生成黑色的硫化亞鐵，其方程式為：Fe+S△FeS。

（二） 二氧化硫的吸收

在鐵與硫的反應過程中，有一部分硫要與空氣中的氧氣發(fā)生反應，生成副產物二氧化硫。二氧化硫是具有較強刺激性氣味的有毒氣體，必須設法消除其對環(huán)境的污染。利用氫氧化鈉溶液可吸收二氧化硫，使其生成無毒的亞硫酸鈉和水，其方程式為：SO2+2NaOHNa2SO3+H2O。

三、 實驗材料

鐵架臺1個，鐵夾1個，氣球1只，細線若干，酒精燈1盞，5號橡膠塞1個，條形磁鐵1根，研缽1個、研杵一根，燃燒匙1個，石棉網，鐵粉，硫粉，火柴，10%氫氧化鈉溶液。

四、 實驗裝置圖

五、 實驗步驟

1. 用電子天平稱量1.6g鐵粉和0.8g硫粉，將二者研細混合均勻置于一張白紙上。用條形磁鐵的一端隔著白紙靠近時，可觀察到混合物內的鐵粉全部被吸附在條形磁鐵的端面上。

2. 撤去條形磁鐵，再次將稱出的鐵粉硫粉混合均勻放入長柄玻璃管的中心，左端管口塞上橡膠塞，按圖所示固定在鐵架臺上。

3. 將氫氧化鈉溶液從V形玻璃管的右端加入，至剛好液封為止，再在右端管口套上一只氣球，然后將其用細線系緊。

4. 用酒精燈加熱鐵粉、硫粉的混合物，待混合物呈紅熱狀態(tài)，立即移開酒精燈。觀察到混合物劇烈反應，并產生氣體，生成的氣體迅速通入氫氧化鈉溶液中被吸收。

5. 反應完畢，當生成的塊狀固體冷卻至室溫后，用手輕捏氣球使未被吸收的氣體再次通入氫氧化鈉溶液中，使其完全被吸收。

6. 生成物的檢驗

待生成的氣體完全被吸收后，取下橡膠塞，用燃燒匙（或長柄藥匙）輕輕地取出生成物，將反應生成的黑色固體放在石棉網上輕輕敲碎，再放入研缽內，用研杵將其研碎后放在同一張白紙的另一端，用條形磁鐵的一端仍隔著白紙靠近時，沒有固體顆粒被吸附到條形磁鐵的端面上，由此說明，鐵粉與硫粉已經完全反應，生成了黑色的硫化亞鐵。

7. 生成物的處理

實驗結束后，將黑色的硫化亞鐵殘渣放入指定容器，將V形玻璃管內的液體倒入空燒杯內，待做進一步的處理，以防造成污染。

六、 注意事項

1. 理論上硫粉與鐵粉物質的量之比為4∶7（質量比 32∶56），但這并不是最佳的實驗用量配比。事實證明，要達到最好的演示效果，鐵粉應略微過量，即硫粉和鐵粉的質量比為1∶2，不但演示成功率高，也大大減少了反應產生二氧化硫氣體污染的可能性。

2. 反應物都應是干燥的，鐵粉最好是還原鐵粉。

3. 把生成物（FeS）研碎，可能還有少量粉末會被磁鐵吸引，其原因是一部分FeS粉末里可能還含有少量未與硫粉反應剩余的鐵粉。

七、 改進實驗的優(yōu)點

該實驗反應是在一套自制的密閉微型裝置中進行的。實驗裝置取材容易，操作簡單，現(xiàn)象更明顯，無空氣污染，將一個污染嚴重的化學實驗變成了一個環(huán)保的綠色化學實驗。此外，本實驗應用了微型化學實驗裝置，藥品用量少，節(jié)約時間，不僅適合演示實驗也可以用于分組實驗，增強學生從實驗中學習化學的實效性。

作者簡介：

周三英，浙江省寧波市，浙江省寧波市江北區(qū)綠梅中學。