铁与水蒸气反应实验的改进

林锁强

摘要：根据教材提供的实验方法，笔者通过具体的实验操作，发现用棉花作为水蒸气的来源，较难完成实验，如果温度过低反应难以进行，而温度过高则棉花会被烧焦，存在安全隐患；水的量少反应不能充分进行，水的量多有炸裂试管的危险，且氢气中含有水蒸气量多不易验证。通过加热氢氧化钙分解产生水蒸气和铁粉反应，温度适合，水蒸气来源稳定可持续，也能产生稳定的氢气气流，经具支试管冷却后，对氢气进行验证，效果明显，实验时间适中，便于课堂演示。

关键词：铁与水蒸 气实验改进 氢氧化钙 课堂演示

一、问题的提出

人教版高中化学必修Ⅰ第三章第一节“金属的化学性质”这节中的科学探究栏目中采用湿棉花作为水蒸气来源，用酒精灯加热还原铁粉进行反应，并通过点燃氢气肥皂泡的方法来检验产生的气体为氢气，实验装置如图1所示。但在实际教学中我们发现该实验虽然操作简单，但很难成功。我认为教材中提供的演示实验存在以下的不足：

1.使用蘸湿的棉花作为水蒸气的提供源不易控制温度。温度过低，反应难以进行；温度过高，棉花会被碳化或烧焦，使得实验的成功率不高。

2.使用湿棉花作为水蒸气的提供源，当棉花吸水量比较少时，产生水蒸气的量少，因而产生的氢气量也就少，导致用火柴点燃氢气的肥皂气泡时，看不到氢气燃烧的实验现象；当棉花的吸水量比较多时，给试管加热，由于试管下只放一盏酒精灯，贮存在棉花中的水会顺势沿试管壁流下来，接触到灼热的试管壁时，易发生试管炸裂现象，造成实验不安全。

3.教材中所采用的用火柴点燃氢气肥皂泡的方法来检验产物是否为氢气，在实际操作过程中发现，由于产生的氢气量不多，且含有一定量的水蒸气，气泡很难被点燃，因而在实验过程中就无法检验产生的是氢气。

4.该实验存在持续性较差，反应时间过长，实验操作存在一定的安全隐患，实验成功率低。

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二、问题的思考

湿棉花作为水源，温度不易把握，较难把握吸水量的多少，而选择用氢氧化钙作为水源，反应的温度高于实验需要温度的要求，且提供的水蒸气的量也合适；在原实验反应中产生的气体吹出的肥皂泡因气体中含有大量的水蒸气，点燃很难听到爆鸣声，也很难观察到燃烧时有蓝色火焰，可以考虑先通过具支试管冷却气体中的水蒸气，得到较为纯的氢气，再通入到肥皂水中进行检测验证。

三、实验用品

1.药品：还原铁粉、氢氧化钙、水、肥皂水。

2.用具：硬质大试管、玻璃导管、具支试管、橡胶塞（带孔）、橡胶导管、酒精灯、坩埚钳、铁架台（带铁夹）、火柴、蒸发皿。

四、实验装置

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五、实验步骤

1.按图2所示装配好实验仪器，在小烧杯中加入约10mL蒸馏水，加入少许肥皂，搅拌配成肥皂液待用。

2.检查实验装置的气密性。用酒精灯微热试管底部看到具支试管中有气泡产生，将导管深入到盛有水的小烧杯中，移去酒精灯后导管内形成一段小水珠。

3.分别取2匙的氢氧化钙粉末和铁粉，放在纸片上均匀混合，然后用V型纸条送入硬质试管底部， 将药品平铺均匀。

4.点燃酒精灯对试管进行预热， 具支试管中有气泡冒出，待试管受热均匀后，用酒精灯的外焰集中给药品部分加热，大约50秒左右，大试管中间部分有水珠出现，约80秒左右，具支试管中开始有气泡产生，待产生的气泡均匀后，将外接的导管深入到盛有肥皂水的蒸发皿中有肥皂泡吹出，用火柴点燃气泡，会有轻微的爆鸣声，且燃烧时看见有淡蓝色火焰，因而可以证明有氢气产生。

5.实验结束时， 先移去具支试管后再熄灭酒精灯。

六、改进后的优点

1.实验的装置实质从固——液加热改为了固——固加热，降低了操作难度。

2.改用氢氧化钙代替湿棉花，避免了因水的量过少，使反应不能充分进行，或因水的量过多造成试管炸裂，消除了安全隐患。

3.利用氢氧化钙的分解温度较高，使氢氧化钙分解提供的水蒸气与铁粉有很好的反应温度，且反应比较平缓，能够产生持续稳定的氢气。

4.在这个改进后的实验中，增加了盛有水的具支试管，这样极为有效地冷却了反应后氢气当中的水蒸气，为后面氢气性质的验证提供保障。

5.用火柴点燃氢气气泡有轻微的爆鸣声，并可看見燃烧时有淡蓝色火焰，实验现象明显，且安全性高，实验成功率极高，课堂演示效果很好。

6.整个实验装置改进后，装置、操作简单，反应速度快，整个实验过程4～7 min 就可以完成，便于课堂演示，课堂演示方便。

参考文献：

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（责编 赵建荣）