铁粉与水蒸气反应实验改进新法

文章编号：1005－6629(2010)11－0012－02 中图分类号：G633.8 文献标识码：C

研究金属与水的反应是研究金属化学性质的重要手段。较高温度下铁粉能与水蒸气反应是铁为一种较活泼金属的有力证据，但该反应远没有钠跟水反应那么剧烈。为了证明铁是一种较活泼金属，增强学生的感性认识，教材中设计了铁粉与水蒸气反应实验[1]， 但该实验方法存在试管易破裂、反应速率慢、 产生氢气少、实验现象不明显等不足［2］。 为此笔者在已有实验改进的基础上针对上述不足进行了深入的研究和改进，并取得了良好的效果。

1 实验装置的改进

1.1实验用品

玻璃管（18 mm×200 mm，可用底部破损的普通试管去掉底部做成）；自制二头酒精灯（灯芯带铁丝网罩，使火力集中并能提高火焰的温度）；铜槽（用铜片自制，四周高，中间低）；自制小水槽（用玻璃瓶代替）；铁架台；玻璃导管；橡皮塞；橡胶管；铁丝网罩（自制）； 医用塑料注射器（5 mL， 带针头)；半环形磁铁（废喇叭上的）；木条；棉线；粉笔头；坩埚钳；火柴。

还原铁粉；蒸馏水；洗洁精溶液（最好滴加几滴甘油，可使氢气泡增大且稳定）。

1.2实验装置

改进后的的实验装置如图1所示：

1.3实验步骤

(1)按图1所示装配好仪器，检查装置的气密性，然后添加好药品和用品。特别强调的是对铁粉的特殊处理：在铁粉的上方，紧贴管的外壁，用半环形磁铁吸附管内的铁粉，铁粉被磁铁吸附后呈疏松多孔的毛刷状，高度分散，其表面积是平铺时的十几倍甚至几十倍，大大增加了与水蒸气的接触面积，反应速率会大大加快，此处的改进非常关键。

(2)缓缓地推动注射器活塞，逐滴滴下蒸馏水使棉线浸润吸足为止（吸水不宜过多，以水不自动流出为宜）。点燃二头酒精灯，先预热玻璃管，然后只加热铜槽的右半部分，约10秒钟后，再同时加热铜槽的右半部分和铁粉。加热过程中每隔一段时间要缓缓地推动注射器活塞，给棉线补充蒸馏水（每次0.2 mL，每分钟1～2次）。

(3)加热一会儿还原铁粉后，再将导管口伸入到洗洁精溶液中（导管口先不要伸到洗洁精溶液中，因开始排出的是空气），当气泡在液面聚集较多时，试着用燃着的木条靠近气泡点燃，当听到“噗”的一声时（有时会听到尖锐的爆鸣声，视所得氢气的纯度而定），证明产生的是氢气。再聚集气泡，点燃一次。

(4)实验结束时，先从洗洁精溶液中撤出导气管，再移去燃着的二头酒精灯并熄灭（注意用坩埚钳取下灼热的铁丝网罩，放在石棉网上）。

2改进后装置的优点

(1)将湿棉花改为用铜槽承载的棉线后，加热时即使有水流出，水也会呆在铜槽里面，不会流到灼热的铁粉处炸裂玻璃管，实验更加安全。导热性良好的铜槽，不仅可加速水蒸气的产生和提高其温度，而且在加热条件下还可吸收管内的部分氧气，点燃氢气泡时更加安全。

(2)由于加热过程中可及时给棉线补充蒸馏水，不仅棉线不会被烧焦，而且实验可以持续进行。实验结果表明：一药匙铁粉(约4 g)和5 mL水，可使反应持续15分钟左右。

(3)实验改进后反应速率大大加快；实验时间明显缩短（从加热到产生氢气不足一分钟，一分半到两分钟实验结束）；产生的氢气量大，实验现象更加明显；实验成功率很高，几乎达100 %。

(4)实验材料来源广泛，大多是生活中或身边常见的物品。在此实验装置中有好多仪器是自制的，如：两端开口的玻璃管、二头酒精灯、小水槽等，笔者是想说明：在边远贫困、实验条件不具备的学校，可就地取材自制一些简单仪器，降低购置成本。还可将该演示实验改为学生分组实验，让学生亲自动手体验实验过程。

3 几点说明

(1)玻璃管平放后，为了防止管右端的冷凝水回流到铁粉处炸裂玻璃管，在管右端放一段干燥的粉笔头来吸收冷凝水。

(2)为使水蒸气保持较高温度，铜槽与还原铁粉间的距离不可太远，0.5 cm～1 cm为宜。

(3)自制二头酒精灯的方法：取一个带铁盖的大口罐头瓶。在铁盖上打两个圆孔（圆孔的直径约0.8 cm，两个圆孔要在一条直线上，其间距要视铜槽和还原铁粉在试管中的位置而定）， 圆孔上各插一个带灯芯的瓷灯芯座（普通酒精灯的灯芯座）[3]。

(4)运用此装置，教师还可以引导学生探究不同的金属（如镁粉）与水蒸气反应的情况，从而更有效地挖掘和利用实验的启思功能。

参考文献:

[1]宋心琦.普通高中课程标准实验教科书・化学（必修1）[M].北京：人民教育出版社，2007：50.

[2]刘英杰. 铁粉与水蒸气反应实验装置的改进[J]. 化学教育，2009，30（4）：71～78.

[3]人民教育出版社化学室.全日制普通高级中学教师教学用书（必修加选修）化学・第二册[M].北京：人民教育出版社，2003：83.

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