探究实验：铁粉与水蒸气反应

1、扬州大学化学实验报告课程 中学化学实验研究 实验课题 铁粉与水蒸气反应改进与探究学号 080901108 姓名潘高子实验时间 2011 年 6刀 8 li一、实验目的h 通过借鉴前辈的改进方案，用实验对比，择出最优方案（实验效果好.反应速 度快.效果明显.危险性小.环保性强），使得教学演示性更佳。1、通过对实验仪器的选择，实验方法的的挑选，让教学重点更突出，技能掌握更 牢靠，使学生对实验中涉及的仪器和方法，有更深的认识和理解。二、实验原理及操作性分析 基本实验原理：3fe （ s ） + 4h2o （ g ） -fe3o4 + 4h21对于人教版高一化学必修课中“铁与水蒸气的反应装置”的实验效

2、果很不理想，故绝 大部分学校几乎从不做关于铁与水蒸气实验的演示。从很早以前，教育工作者就不断 提出对该实验的改进方法，但效果如何却不得而知。我查阅了大量文献后，总结分析 实验受限的原因如下：第一，用酒精喷灯加热，很容易使玻璃管变形，即使是用硬质的石英玻璃管，间隙移动 喷灯，玻璃管的软化、变形，甚至破裂的情况很难避免；而且现在学校酒精喷灯已经 不常见了。第二，一般说来，只有紧贴在玻璃管壁被加热至红热的铁粉才能跟水蒸气起反应，分散 在石棉绒上的其他大量铁粉，由于温度不够高，实际没有发生反应。因此，石棉绒尽管 把铁粉分散了，但从效果上看是形同虚设。第三，烧瓶里产生的大量的水蒸气到了玻璃（反应）管，将

3、会凝聚下来成为液体，这些 液体无处可流，只有聚积在高温玻璃管中，十有八九会导致玻璃管破裂。第四，干燥管在这里更是名不符实。无论用哪种干燥剂所填装的干燥管，总是用以除去 仅有的少量水蒸气气体;在本实验条件下，如此大量的水蒸气，无论用哪种干燥剂都起 不到预想的干燥效果。由此，我决定在前辈设计的装置基础上做改动。（以下为文献截图与分析）不存在水蒸气凝结聚集在被加热的fe与水蒸气的反应部位消除了实验的风险。（2排水法收集h，轻而易举地实现了水蒸气（大量）与h：（少量）的分离完全可以收集到普通三、原始实验设计方案其中a为玻璃纤维混合还原性铁粉，用于增大粉末与蒸汽接触面积，并阻止过多的冷凝水。b为吸水物质

4、（实验分三组，吸水物质分别为: 脱脂棉.粉笔、硅胶）（每组实验重复测定3次）实验记录表格:反应时间t/s气体的量v/ml试管内现象1、粉笔1、脱脂棉3、硅胶最佳方案编号最优化原因实验总结实验室分配的药品，如图：无水氯化钙（分析纯） 还原铁粉.九 水硅酸钠（分析纯）、粉笔.脱脂棉、 玻璃纤维us、实际操作装置及实验过程第一次实验：完全遵照原始设计方案操作，整个实验过程暴露了大量问题。1. 铁粉不反应（文献说明酒精灯确实能支持该反应的发生，经过与老师的讨论，猜想是 水蒸气温度不够，因为加热情况下即使温度不到100度，也有水蒸气挥发，积聚在试管内， 使铁粉潮湿结块，温度上不去。）i、长时间加热，试管

5、会软化，有时不慎造成倒吸，试管破碎很多。（实验室无法提供硬质 具嘴试管，故在普通硬质试管的基础上要对装置进行调整） 第二次实验：为了避免第一次实验中试管破碎以及水蒸气温度不够的问题，我对实验装置 进行了第一次变动这样改动使得水蒸气途经的路线延长，不够温 度的水蒸气会在半路冷凝下来，而且水蒸气发生处 的试管换成了硬质试管，不易破碎。最重要的是在铁粉处增加一个酒精灯进行加 热，提高了铁粉温度，让反应易进行。这次实验结果较第一次好很多，反应一段时间后可见到贴近管壁的铁粉变为黑色，现象明 显，但是仍旧有很多铁粉混在玻璃纤维中并不反应。第三次实验：经过思考和对比，我对实验装置再次进行了改进由图片可以看出

6、，我缩短了连接管的距离，局部放大后可知，我在两只试管外壁上裹 上了保温层（内层为棉花，外层为锡箔纸），并增加了电炉在水蒸气的行经道路上，其目 的均是为了提高和保持温度。除此之外前后两盏酒精灯，橡皮管导出气体排水收集，均未 作调整。而量筒作为集气装置是为了更好的了解气体体积。以下陈列的是该实验所有到的所有仪器:这次实验效果非常的好，必须强调两个微小的技巧：k吸水物质应和以煮沸的水混合后，再实验。这样不仅缩短了煮水的时间，而且避免了 过多低温水汽的挥发，迅速翻滚的水汽会让反应效果更好。2. 具嘴试管先微微润湿，铁粉放入具嘴试管底部后，用手转动试管，并摇晃轻拍，让铁 粉尽可能均匀的粘附在试管壁上，此

7、时再塞入玻璃丝，用以阻隔冷凝水。基于良好的实验效果，我依次用脱脂棉，粉笔和硅酸钠做了三组实验，结果如下：脱脂棉：吸水量大，但是稍有不慎水分蒸干便会焦化，而且沸腾剧烈时气泡会把棉花推至 管口，导致棉花和水分离，甚至棉花堵住水蒸汽出口。粉笔：吸水量一般，但不会出现焦化的问题，暴沸时甚至可充当沸石，只是实验后试管内 和连接管内会残留白色固体，用清水冲洗即可干净。硅胶（实验室错提供了硅酸钠）：直接溶解了，故无法用来实验。所以，我将粉笔作为了我选择的吸水物质，再次实验，却发现收集到的气体无法点燃, 也不会爆鸣。我尝试收集了不同时间段的气体，一一检验，均以失败告终。第四次实验：通过回去查阅资料，我猜想氢气

8、无法检验是因为气体过于潮湿。于是，我对 实验装置的排气口进行了改动。如图所示，我取消了排水收集法，将橡皮管 底部的l型玻璃管换成了填装有无水氯化 钙的尖嘴管。利用向下排空气法收集氢气。当水蒸气经过连接管进入具嘴试管后，我每隔30秒检验一次氢气，即将收集气体的量筒 靠近酒精灯，均无爆鸣声响起。后来我改变方法，直接将尖嘴处对准明火，也无任何现象 发生。五、实验总结与反思 通过本次实验，在如下方面进行了创新:1、试管外壁的保温层使得实验中热损失减少2、双试管对接延长水蒸气路径防止冷凝水或低温蒸汽聚积3、连接管处电炉保温提高了管路内水蒸汽温度4、前后双灯加热让反应速率大大提高5、量筒作为集气装置让气体体积更加明确 本次实验取得了如下成果：1、改进了水蒸气与铁粉反应的装置，让铁粉反应效率更高，速度更快。2