铁粉与水蒸气反应实验改进

高中化学实验教科书必修1“铁粉与水蒸气反应”的实验由于没有说明实验操作要领，该实验成为新教材中的一个难点实验。许多老师对该实验装置和方法进行了改进，如将酒精灯改为自制三头酒精灯，采用医用器皿与墨菲氏壶和自制铜凹槽相结合的供给水蒸气装置；将承载反应物的试管换为石英管或者将试管弯曲(在弯曲后的试管下方盛水，弯曲处放置还原铁粉)；将还原铁粉换为纳米铁粉；改用还原氧化铜方法检验氢气，等等。通过探究发现利用书中的实验装置，控制好实验条件在2～3min内就可以完成实验。

1实验器材

还原铁粉(分析纯)、肥皂水、脱脂棉花、导气管、带防风罩的酒精灯、铁架台、火柴、镊子、蒸发皿、试管(15mm×120mm)等。

2实验装置图

3实验步骤

(1)取适量高浓度肥皂水于蒸发皿中(也可用洗洁精)。

(2)安装好实验装置并检验装置气密性。

(3)将脱脂棉用水打湿后用手挤干(至无法挤出水)，塞入试管底部使脱脂棉厚度达到1～2cm。

(4)取1g还原铁粉用纸槽送入试管中，使铁粉中心到棉花外沿距离为(即棉花朝试管口一端)1～2cm。

(5)塞上胶塞，点燃带防风罩的酒精灯，加热铁：粉2～3min，观察到试管壁上有明显的水珠时，将导气管伸人盛有肥皂水中的蒸发皿中吹泡。

(6)当蒸发皿中有大量肥皂泡时，停止吹泡。用点燃的木条靠近肥皂泡，观察现象。

4实验结果及分析

4.1棉花的用量

棉花用量要适当。棉花过少会导致实验用水蒸气不足，还没有出现实验现象棉花就已经碳化；棉花不可过多，经测试，3cm以上棉花前半部分碳化时后半部分依然是湿润的，即棉花过多也不能为实验提供更多的水蒸气。

4.2棉花吸水量的控制

棉花切不可过湿，由于铁粉和供水的棉花在同一试管中，如果棉花放人试管前可以挤压出水，那么实验中棉花里的水会流人高温的还原铁粉中，导致试管炸裂；如果吸水量不足，即棉花没有完全打湿再挤干就放入试管中，会导致提供的水蒸气量不足。

4.3棉花外沿至铁粉中心距离铁粉用量与出现实验现象最短时间之间的关系

4.3.1铁粉用量固定时，出现实验现象的最短时间与铁粉中心到棉花外沿的距离有关。

(1)当铁粉用量为0.5g，铁粉中心至棉花外沿的距离分别为2cm、3cm时，出现实验现象的最短时间分别为2.7min和6.1min。

(2)当铁粉用量为1g，铁粉中心至棉花外沿的距离分别为2cm、3cm、4cm时，出现实验现象的最短时间分别为2.3min、4.4min和9.2min。

(3)当铁粉用量为2g，铁粉中心至棉花外沿的距离分别为2cm、3cm、4cm、5cm时，出现实验现象的最短时间分别为2.1min、4.2min和5.4min、8.4min。

由此可见，出现实验现象的最短时间与还原铁粉中心到棉花外沿的距离有关，铁粉用量相同，铁粉中心至棉花外沿的距离越短，出现实验现象的时间则越短；而出现实验现象的时间与铁粉用量相对来说关系不大，主要与铁粉中心至棉花外沿的距离有关，即产生水蒸气量有关。

4.3.2当固定铁粉中心到棉花外沿的距离时，出现实验现象的最短时间与铁粉用量有关。

(1)当铁粉分别为0.5g、1.0g、2.0g，铁粉中心至棉花外沿距离为3cm时，出现实验现象的最短时间分别为6.1min、4.4min、4.2min。

(2)铁粉用量分别为1.0g、2.0g在铁粉中心至棉花外沿距离为4cm时，出现实验现象最短时间分别为9.2min、5.4min。

由此可见，出现实验现象的最短时间在固定铁粉中心到棉花外沿的距离时，与还原铁粉的用量有关，还原铁粉用量大的产生实验现象的时间短。

4.4点燃肥皂泡的时机把握

铁粉用量1g，铁粉中心至棉花外沿距离为2cm，加热后观察到试管壁上有细小水滴时吹出的肥皂泡就可以点燃，观察到实验现象。加热平均用时2.3min。

铁粉用量1g，铁粉中心至棉花外沿距离为3cm，加热后观察到试管壁上有大量水珠时，吹出的肥皂泡点燃可以观察到实验现象，加热平均用时为4.4min。

5实验结论与分析

根据节约药品、操作简便的原则，该实验的最佳条件是铁粉用量为1g，铁粉中心至棉花外沿距离为2cm。加热至试管前半部分壁上有细小的水滴时，将导气管伸入盛有肥皂水的蒸发皿中开始吹泡，蒸发皿中有大量气泡时，停止吹气泡，点燃肥皂泡，有爆鸣声，说明反应产生了氢气。将生成的固体溶解在稀盐酸中后加入适量硫氢化钾溶液，溶液变为血红色证明产物为四氧化三铁。