铁与水蒸气反应的实验创新设计

山东省高唐县第二中学(252800) 王芳超 杨文良

铁粉与水蒸气反应的实验是高中化学难点实验之一，教材中的实验装置如图1所示，在制备水蒸气时由于棉花沾水量难以控制导致实验成功率不高：棉花中的水太多会迅速降低铁表面温度，使反应难以进行，且气流不稳易炸裂试管；棉花中的水太少反应缓慢，产生的气体太少，难以点燃，且加热温度太高易使棉花变黑、试管炸裂等。另外，点肥皂泡的火焰很容易被湮灭，往往需要多次点火试验。而且一支试管同时用两个酒精灯加热，操作也有些麻烦。针对上述问题，本文设计了一套操作简单、现象明显、安全可行的实验装置，适合学生分组实验。改进后的实验,既解决了实验中存在的问题，又提高了学生的学习兴趣，培养了学生的实践能力和创新能力。

1 实验原理

用硫酸亚铁晶体代替湿棉花，用一个带有防风罩的酒精灯给铁粉加热，利用管内热量间接给易分解失水的硫酸亚铁晶体加热，提供稳定的水蒸气气流与热的铁粉发生反应，用导气管的末端粘有医用注射针头的装置在泡泡液中对产生的气体进行取泡、点燃，用针头处火焰回点蒸发皿内泡泡液的方法检验实验产生的气体(氢气)。

2 实验仪器及试剂

试管(18 mm×180 mm)酒精灯，火柴，铁架台，木块，铁夹，防风罩，橡胶塞，蒸发皿，坩埚钳，玻璃弯管，医用注射器的7号针头(0.6 mm×25 mm)，双头不锈钢药匙，还原铁粉，七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)，儿童泡泡液。

3 实验步骤及现象

3.1 将针尖固定在玻璃弯管上

提前一日在玻璃导气管末端的尖嘴处用玻璃胶粘上一个医用注射器针头，待其干燥后用来取泡、移出点燃，可防止火焰被湮灭。

3.2 准备好泡泡液

用儿童泡泡液产生肥皂泡，向蒸发皿中倒入约2/3体积的儿童泡泡液。

3.3 加入药品连接装置

用双头不锈钢药匙的大头一端先取2药匙硫酸亚铁晶体放入试管底部，将试管平拿，再取3药匙还原铁粉紧靠晶体平铺到试管中，二者不能混合。调整酒精灯至燃烧时火焰位置在接触点偏铁粉处。塞紧单孔橡胶塞，将试管固定在铁架台上，按图2组装仪器。

3.4 点燃酒精灯开始反应

首先用带有防风罩的酒精灯先给试管均匀加热，再用外焰集中给靠近硫酸亚铁晶体处的铁粉(即铁粉的左侧部位)加热。待装置中空气排尽(约1 min)后，将针头放入蒸发皿的泡泡液中，形成较多气泡后将针头移出，待针尖处形成一个较大气泡时，缓慢的移近另一燃着的酒精灯，观察现象，针尖处的气泡遇火有轻微的爆鸣声。之后再将针头慢慢移回，针尖小心放在泡泡液表面的气泡上，此时可看到气泡剧烈燃烧，产生很大的火焰。初始时蒸发皿内的泡泡中可能含有较多水汽泡而未能点燃，可再次在针尖处取泡再重新实验即可有明显的现象。

4 实验注意事项

(1)加药品时铁粉紧靠硫酸亚铁晶体平铺到试管中，切记二者不能混合。

(2)用带有防风罩的酒精灯给靠近硫酸亚铁晶体一侧的铁粉(即铁粉的左侧部位)加热，利用管内热量传递间接给易分解失水的硫酸亚铁晶体加热，提供稳定的水蒸气气流，以防直接给晶体加热失水过快导致实验失败。

(3)待装置中空气排尽后(约1 min)，再进行针尖取泡实验，以防气泡中含较多空气和水蒸气而难以点燃。

(4)实验结束时，先将导气管末端移出液面，再熄灭酒精灯，防止液体倒吸而引起试管炸裂。

5 实验创新点

(1)实验装置简单，有利于反应的发生。改用一个酒精灯加热，操作更方便。水蒸气的来源由湿棉花改用硫酸亚铁晶体，晶体晶粒小，低温易分解失水，点燃带有防风罩的酒精灯只给晶体旁的铁粉加热，既能保证铁粉的反应温度，又能使晶体吸收管内热量而分解，提供稳定的水蒸气气流。在操作简单、安全的前提下,保证了反应能够产生较多的氢气。

(2)反应快速，现象明显，实验成功率高。增大铁粉用量，且尽量平铺在试管内，可明显的增大反应速率，虽然反应需要较高的温度，但加热大约1 min后就会有氢气持续产生。用针头取泡，移出点燃，再回点气泡，现象明显，实验的成功率高，避免了火焰被液体湮灭而多次点火重复操作的麻烦，既省时又省力。整个实验可控制在4～5 min内完成，完全符合课堂教学的要求。

(3)容易点燃氢气，实验安全性高。用医用注射用的针头取泡点燃，能够把反应产生的少量氢气充分利用进行燃烧反应，同时还可以防止回火在管内扩展，从而起到防爆作用，因此导出的氢气即使含有少量的空气也可放心点燃。