铁与水蒸气反应实验的改进

摘要：认为教材中铁粉与水蒸气反应的实验选用湿棉花作为水的载体，看上去易操作，事实上实验成功率低。选用吸附性能高、热稳定性好的硅胶作水的载体，现象更加明显，实验成功率更高。

关键词：铁粉；水蒸气；硅胶；实验改进

文章编号： 1005–6629(2012)5–0049–02 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

1 问题的提出

高中化学必修（1）人教版（2007年3月第3版，以下简称教科书）第50页第三章金属及其化合物，为了研究金属与酸和水的反应相关知识，指导学生探究铁能否与水蒸气反应，教科书中以科学探究的形式出现铁粉与水蒸气反应的简单实验装置。

教科书中采用湿棉花作为水蒸气源，用酒精灯加热还原铁粉，看上去该实验的可操作性强。事实上，我们在课堂演示实验之后发现，用该装置做实验，成功率低，现象不明显。这是由于棉花的着火点低，集中对其加热会有燃烧的可能；二是加热湿棉花时，湿棉花中的水分易挥发。查阅资料得知，铁与水蒸气反应的温度为1173 K[1]，而水的沸点为373 K[1]，远远低于该实验所需的反应温度。因此，当铁粉达到反应温度时，湿棉花中的水分很可能早已挥发了。

2 实验的改进

对照上面所述的实验缺陷，要想使该实验效果明显，关键在于水蒸气的制得。在实验探索中，起初考虑加热装有水的大试管或烧瓶，以提供持续稳定的水蒸气流，但由于产生的水蒸气过多，气流较大，易导致试管炸裂，且产生的氢气浓度下降，现象很不明显。针对以上问题，想到了用固—固加热的实验装置，即用一种在加热条件下能产生或提供持续水蒸气流的固体与铁粉混合，由固体受热提供水蒸气再与铁粉反应。这种载体要求吸水性能要好，经过阅读大量文献和思考总结，采用粗孔硅胶颗粒为载体（教科书中第76页有粗孔硅胶颗粒图片），粗孔硅胶又叫C型硅胶，是一种高活性吸附材料，（吸水量：块状≥76 % 、球状≥85 %、微球状≥90 %）属非晶态物质，其化学分子式为mSiO2·nH2O。不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定。粗孔硅胶的化学组分和物理结构，决定了它具有许多特点：吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等。加热到100 ℃以上还可以稳定住水分。而且，浸泡过的硅胶颗粒在高温下产生的水蒸气，能不断与敷在表面的铁粉充分接触反应产生氢气。这样改进后的实验反应速率快，效果显著。

（1）实验仪器及药品

酒精灯、铁架台（带铁夹）、热水、还原铁粉、硅胶颗粒、大试管、肥皂水、导管、烧杯

（2）实验装置图

图1 铁与水蒸气反应实验装置图

（3）实验步骤与现象

①将硅胶颗粒放入烧杯中，用热水浸润（若能提前一天将硅胶颗粒放入水中浸泡，效果会更好）。

②待实验时再捞出10颗湿润后的硅胶颗粒与干燥的大约1~2 g还原铁粉混合，然后轻轻放入硬质玻璃试管底部。

③搭建图1所示的装置，直接用酒精灯对试管底部进行加热，硅胶颗粒吸收的水在高温下变成水蒸气不断与还原铁粉接触反应，3分钟后便可以观察到氢气肥皂泡不断冒出或用火柴点燃肥皂水表面的气泡会有轻微的爆鸣声。

参考文献：

[1]马世昌.基础无机化学反应[M].西安：陕西人民教育出版社，1995：1005.

[2]沈钟.国产硅橡胶的稳定性研究[J].化学学报，1983，（2）.