铁与水蒸气反应的实验改进

[摘 要] 人教版《化学》必修1（2007年3月第三版）中铁粉与水蒸气反应的实验装置虽然简单易操作，但成功率不高，现象不够明显。本文对该实验做了些许改动，现象更加明显，实验成功率更高。

[关键词] 铁粉 水蒸气 实验改进

铁粉与水蒸气反应的实验在高中化学教学中历来为众多化学教师头疼，原因在于旧版教材中所设计的实验装置相对比较复杂，并且实验中硬质玻璃管破损严重，所以多年来大多数化学教师都不太乐意做此演示实验。人教版《化学》必修1（2007年3月第三版）的新教科书的第三章第一节《金属的化学性质》中以科学探究的形式出现了新的装置，在实际教学中发现，该实验装置与旧版教科书比较，虽然操作简单，但是不少教师认为存在几个方面的问题：一是实验成功率没有得到提高，实验现象很难达到课本彩图中的效果；二是在加热过程中，湿棉花中的水会成滴流向试管中间加热部位，由于试管中间温度较高，导致试管炸裂，实验不安全。很多教师在教学中就煞费苦心地改进试剂和试剂用量，试图找到更简捷有效的实验方案。比较常见的改进方案有：1、用蘸水的碎粉笔头代替棉花，将铁粉和碎粉笔头混在一起加热；2、用蘸水的沙子和铁粉混在一起加热；3、用硫酸铜晶体和铁粉混在一起去加热；4、用氢氧化钙和铁粉混在一起加热；5、用氢氧化铝和铁粉混在一起加热。

以上方案中1、2、3少有成功，虽然4、5成功率较高，但是本人认为这样的教学改进和探究，让学生怀疑教科书的严肃性。虽然当下的教育提倡质疑、创新和探究，但是我们不可能怀疑一切。本着这样的思想，我在教科书的基础上寻找解决的方法。

一、教科书上的装置存在的问题

1.反应装置中的温度。教科书上是用湿棉花的蒸发作用来产生水蒸气再与铁粉反应。按照教科书的装置，在操作的过程中酒精灯火焰上没有罩上铁丝网罩，反应装置的温度可能没有达到反应体系需要的温度。此外，当铁粉处温度未达到反应温度时，湿棉花中的水分挥发也比较少，导致水蒸气量不足，产生的氢气量极少，现象不明显。

2.产物的检验。教材中用点燃氢气泡的方式来检验产物是否为氢气，在实际操作过程中发现，产生的氢气泡本身比较少，根本不能被点燃，也看不见有淡蓝色的火焰，无法检验实验是否产生了氢气。

3.肥皂液气泡效果不够理想。

二、实验的改进

1.针对反应装置的改进。由于湿棉花中的水分挥发温度不够，在实验探索中，我考虑在湿棉花放置处加上一个酒精灯加热，以提供持续稳定的水蒸气流，作为水蒸气的发生装置，但是也不能够产生太大的气流，所以考虑火焰小的酒精灯，一方面可以避免湿棉花短时间就被加热蒸干，二是同时可以得到比较稳定的水蒸气气流，三是可以作为加热铁粉处酒精灯火力不足的补充。改进装置如图所示。

2.对产物检验的改进。我在实验中换用洗洁精水溶液代替肥皂液，实验中一是容易配制溶液，二是起泡效果很好。

3.对药品用量的探索。在实验过程中我发现装入试剂的比例不同时，反应产生气体的量、气体的速度以及反应的快慢都不一样。针对这个现象，我指导学生做了系列对比实验，探究反应物比例对实验的影响。实验现象如下表所示。

为了实验现象明显，条件合理，选择水滴与铁粉的质量比为20滴比1g的方案较合理，产生气流快而且稳定。为了避免试管底部棉花的水自动流到铁粉处，取用棉花的量为滴加20滴水装入试管后无水珠自动流出为宜。

三、结论

1.实验操作步骤。（改进后实验装置见上图）①取一小团棉花，滴加20滴水，用玻璃棒推入试管底部，称取铁粉一克用药匙加入置于硬质试管中部，确保与棉花的距离可以安放两个酒精灯进行加热，按上图安装好实验装置。②先加热湿棉花到有水蒸气产生，再用酒精灯外焰给固体部分集中加热，待气泡充满蒸发皿后，先将导管移出水面再停止加热。③用坩埚钳夹燃着的火柴点燃气泡检验气体。④实验结束，整理仪器。

2.实验说明。①铁粉与水蒸气反应的实验关键是要有持续高温的水蒸气流，本实验的最大特点就是尊重教科书的基础上单独加热湿棉花提供水蒸气，一方面提供稳定的较高温度的气流，另一方面可以为加热铁粉到反应温度提供一定的热量，使整个反应体系比较接近该反应所需温度，使实验现象更加明显。②用洗洁精水代替肥皂液，气泡效果更好，且容易配制所需浓度。

总之，装置如上改进后，实验成功率比较高，普通中学化学实验室可以满足实验条件，适合中学生操作。

[参考文献]

英 华 陈德培《铁与水蒸气反应的实验改进》[J]（《Educational Equipment And Experiment》2005.4：18—20）

（作者单位：贵州省桐梓县第一中学）