鐵與水蒸氣反應(yīng)的微創(chuàng)新實驗

凌晨

人教社（必修）化學(xué)1中“鐵與水蒸氣反應(yīng)”的裝置看似簡單，但實際操作卻較為繁瑣.如果將棉花先用水潤濕，放入試管底部時會使試管內(nèi)壁變潮濕，影響后續(xù)實驗效果;如果先將棉花放入底部，再從試管上方滴入水，則水的量較難把控，且棉花保水效果較差，會順著試管內(nèi)壁流下來，使鐵粉變潮濕，從而導(dǎo)致試管破裂.由于產(chǎn)生的水蒸氣溫度較低，所以實驗成功率不高.

鑒于此，我們對鐵與水蒸氣反應(yīng)的實驗做了進一步的補充和改進.

一、實驗裝置及構(gòu)造

1.氫氧化鋁提供高溫水蒸氣的實驗裝置.

由于產(chǎn)生的氣體難以將泡泡液吹出單獨的氣泡，所以最好先制作一個吹泡器.實驗時先將吹泡器末端蘸上泡泡液，快速擠壓血壓表加壓球，利用收集在球中的氣體吹出獨立的氣泡，再檢驗氣泡中的氣體.

2.粉筆提供高溫水蒸氣并改變還原鐵粉位置的實驗裝置

該裝置也可以在尾部接一個吹泡器，吹出氣泡進行檢驗.

二、實驗原理分析

查閱文獻可知，Mg（OH）2固體350℃時產(chǎn)生水蒸氣、Ca（OH）2固體580℃時產(chǎn)生水蒸氣、Al（OH）3固體200℃時產(chǎn)生水蒸氣.實踐證明，這些氫氧化物均可以替代濕棉花提供高溫水蒸氣.由于Mg（OH）2固體、Ca（OH）2固體分解溫度較高，用酒精燈加熱時需較長時間才能檢驗出H2，而Al（OH）3分解生成水蒸氣時的溫度不太高，用酒精燈加熱溫度容易達到，所以實驗時能較早地產(chǎn)生H2，從而節(jié)約實驗時間.

CaSO4·2H2O在128℃時生成水蒸氣和熟石膏，163℃時生成水蒸氣和CaSO4，800℃以上CaSO4才開始分解，而粉筆是由熟石膏粉加水?dāng)嚢?、灌入模型后凝固而成，它同樣可以提供高溫水蒸?由于CaSO4不直接與鐵反應(yīng)，而且不影響實驗現(xiàn)象的觀察、易于從固體混合物中完全分離出去，所以可以將鐵粉置于試管底部，將粉筆直接置于鐵粉上方進行實驗，從而大大簡化了實驗操作.

三、實驗步驟與現(xiàn)象

1.用氫氧化鋁提供高溫水蒸氣.

（1）如圖1，檢查裝置氣密性.

（2）向具支試管內(nèi)依次加入1-2藥匙氫氧化鋁、適量石英棉和1藥匙還原鐵粉，塞好橡皮塞，固定在鐵架臺上.

（3）點燃雙頭酒精燈加熱，將產(chǎn)生的氣體通入泡泡液，用燃著的木條檢驗泡泡液中收集的氣體，或者一段時間后，用血壓表加壓球中收集到的氣體吹出泡泡，再用燃著的木條檢驗泡泡中的氣體.

2.將還原鐵粉置于試管底部.

（1）如圖2，檢驗裝置的氣密性.在試管內(nèi)先加入1藥匙還原鐵粉和半支白色粉筆，輕輕振動并調(diào)整角度，使鐵粉平鋪于試管底部，粉筆置于鐵粉上方，塞好橡皮塞，固定在鐵架臺上.

（2）加熱，可觀察到試管內(nèi)固體的黑色加深，100 s左右即可用火柴點燃燒杯內(nèi)的氣泡檢驗產(chǎn)生的氣體.聽到“噗”的一聲，說明產(chǎn)生的氣體是H2.

（3）待試管內(nèi)固體稍冷卻后，將固體混合物倒在石棉網(wǎng)上，用鑷子取走粉筆，用玻璃棒將黑色固體壓碎，并用一張紙墊在磁鐵下方移近黑色固體.可以觀察到黑色粉末完全被磁鐵吸引，說明鐵與水蒸氣反應(yīng)生成的黑色固體是Fe3O4.

四、實驗設(shè)計特色

1.用氫氧化鋁提供高溫水蒸氣，有助于后續(xù)氫氧化鋁熱穩(wěn)定性的學(xué)習(xí).實驗改進后，操作更方便，簡單易行.現(xiàn)象更明顯，成功率高.

2.用粉筆提供高溫水蒸氣，原料易得，而且巧妙改變了還原鐵粉的位置，使操作變得非常方便.