鐵與水蒸氣反應的實驗創(chuàng)新設計

山東省高唐縣第二中學(252800) 王芳超 楊文良

鐵粉與水蒸氣反應的實驗是高中化學難點實驗之一，教材中的實驗裝置如圖1所示，在制備水蒸氣時由于棉花沾水量難以控制導致實驗成功率不高：棉花中的水太多會迅速降低鐵表面溫度，使反應難以進行，且氣流不穩(wěn)易炸裂試管；棉花中的水太少反應緩慢，產(chǎn)生的氣體太少，難以點燃，且加熱溫度太高易使棉花變黑、試管炸裂等。另外，點肥皂泡的火焰很容易被湮滅，往往需要多次點火試驗。而且一支試管同時用兩個酒精燈加熱，操作也有些麻煩。針對上述問題，本文設計了一套操作簡單、現(xiàn)象明顯、安全可行的實驗裝置，適合學生分組實驗。改進后的實驗,既解決了實驗中存在的問題，又提高了學生的學習興趣，培養(yǎng)了學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

1 實驗原理

用硫酸亞鐵晶體代替濕棉花，用一個帶有防風罩的酒精燈給鐵粉加熱，利用管內(nèi)熱量間接給易分解失水的硫酸亞鐵晶體加熱，提供穩(wěn)定的水蒸氣氣流與熱的鐵粉發(fā)生反應，用導氣管的末端粘有醫(yī)用注射針頭的裝置在泡泡液中對產(chǎn)生的氣體進行取泡、點燃，用針頭處火焰回點蒸發(fā)皿內(nèi)泡泡液的方法檢驗實驗產(chǎn)生的氣體(氫氣)。

2 實驗儀器及試劑

試管(18 mm×180 mm)酒精燈，火柴，鐵架臺，木塊，鐵夾，防風罩，橡膠塞，蒸發(fā)皿，坩堝鉗，玻璃彎管，醫(yī)用注射器的7號針頭(0.6 mm×25 mm)，雙頭不銹鋼藥匙，還原鐵粉，七水合硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O)，兒童泡泡液。

3 實驗步驟及現(xiàn)象

3.1 將針尖固定在玻璃彎管上

提前一日在玻璃導氣管末端的尖嘴處用玻璃膠粘上一個醫(yī)用注射器針頭，待其干燥后用來取泡、移出點燃，可防止火焰被湮滅。

3.2 準備好泡泡液

用兒童泡泡液產(chǎn)生肥皂泡，向蒸發(fā)皿中倒入約2/3體積的兒童泡泡液。

3.3 加入藥品連接裝置

用雙頭不銹鋼藥匙的大頭一端先取2藥匙硫酸亞鐵晶體放入試管底部，將試管平拿，再取3藥匙還原鐵粉緊靠晶體平鋪到試管中，二者不能混合。調(diào)整酒精燈至燃燒時火焰位置在接觸點偏鐵粉處。塞緊單孔橡膠塞，將試管固定在鐵架臺上，按圖2組裝儀器。

3.4 點燃酒精燈開始反應

首先用帶有防風罩的酒精燈先給試管均勻加熱，再用外焰集中給靠近硫酸亞鐵晶體處的鐵粉(即鐵粉的左側(cè)部位)加熱。待裝置中空氣排盡(約1 min)后，將針頭放入蒸發(fā)皿的泡泡液中，形成較多氣泡后將針頭移出，待針尖處形成一個較大氣泡時，緩慢的移近另一燃著的酒精燈，觀察現(xiàn)象，針尖處的氣泡遇火有輕微的爆鳴聲。之后再將針頭慢慢移回，針尖小心放在泡泡液表面的氣泡上，此時可看到氣泡劇烈燃燒，產(chǎn)生很大的火焰。初始時蒸發(fā)皿內(nèi)的泡泡中可能含有較多水汽泡而未能點燃，可再次在針尖處取泡再重新實驗即可有明顯的現(xiàn)象。

4 實驗注意事項

(1)加藥品時鐵粉緊靠硫酸亞鐵晶體平鋪到試管中，切記二者不能混合。

(2)用帶有防風罩的酒精燈給靠近硫酸亞鐵晶體一側(cè)的鐵粉(即鐵粉的左側(cè)部位)加熱，利用管內(nèi)熱量傳遞間接給易分解失水的硫酸亞鐵晶體加熱，提供穩(wěn)定的水蒸氣氣流，以防直接給晶體加熱失水過快導致實驗失敗。

(3)待裝置中空氣排盡后(約1 min)，再進行針尖取泡實驗，以防氣泡中含較多空氣和水蒸氣而難以點燃。

(4)實驗結(jié)束時，先將導氣管末端移出液面，再熄滅酒精燈，防止液體倒吸而引起試管炸裂。

5 實驗創(chuàng)新點

(1)實驗裝置簡單，有利于反應的發(fā)生。改用一個酒精燈加熱，操作更方便。水蒸氣的來源由濕棉花改用硫酸亞鐵晶體，晶體晶粒小，低溫易分解失水，點燃帶有防風罩的酒精燈只給晶體旁的鐵粉加熱，既能保證鐵粉的反應溫度，又能使晶體吸收管內(nèi)熱量而分解，提供穩(wěn)定的水蒸氣氣流。在操作簡單、安全的前提下,保證了反應能夠產(chǎn)生較多的氫氣。

(2)反應快速，現(xiàn)象明顯，實驗成功率高。增大鐵粉用量，且盡量平鋪在試管內(nèi)，可明顯的增大反應速率，雖然反應需要較高的溫度，但加熱大約1 min后就會有氫氣持續(xù)產(chǎn)生。用針頭取泡，移出點燃，再回點氣泡，現(xiàn)象明顯，實驗的成功率高，避免了火焰被液體湮滅而多次點火重復操作的麻煩，既省時又省力。整個實驗可控制在4～5 min內(nèi)完成，完全符合課堂教學的要求。

(3)容易點燃氫氣，實驗安全性高。用醫(yī)用注射用的針頭取泡點燃，能夠把反應產(chǎn)生的少量氫氣充分利用進行燃燒反應，同時還可以防止回火在管內(nèi)擴展，從而起到防爆作用，因此導出的氫氣即使含有少量的空氣也可放心點燃。