铁粉与硫黄反应实验的改进

董克村 郑晓婉

摘要：铁粉与硫黄作为金属及其化合物之间转化的反应，是初中阶段少有的无氧气参与的氧化还原反应，是完善学生知识体系中化学反应的重要补充。遗憾的是，在浙教版教材中的实验存在着较多问题从而导致很多教师不愿意在课堂上进行演示，教材中要求的“学生活动”更是无法落实。本改进实验方案利用实验室中常见易得的实验材料对铁粉与硫黄的反应进行改进，以达到实验现象明显、污染物显著减少、操作性强等改进目的。

关键词：铁粉与硫黄；实验；改进

文章编号：1008-0546（2021）10-0095-03中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.10.023

在浙江教育出版社出版（以下简称“浙教版”）的九年级上《科学》中，第二章第五节《物质的转化》向学生们展示了铁粉与硫黄发生的反应。但由于浙教版教材中设计的实验方案存在诸多问题，给广大一线科学教师在教学上带来了极大的困惑与不便。很多科学教师在实际上课过程中都回避了这个实验的的演示操作，教材中要求的“学生活动”更是无法落实。这就造成了课堂上的教师只能纸上谈兵，而学生也只能死记硬背，这实在是科学实验教学的一大遗憾。

一、教材中存在的问题

1.药品接触松散，往往难以完全反应

在实验过程中，由于铁粉与硫黄都是粉末状固体，混合后放入试管时两者接触松散，势必造成反应不完全。由此引发的实验药品浪费的问题也不容忽视，科学实验除了要让学生观察相应的实验现象，在这一过程中感受科学实验的严谨性也应当注意。

2.无法确定铁粉和硫黄的最佳质量比

在2015年6月第二次印刷时的浙教版教材中，关于铁粉和硫黄的最佳质量比并未说明：取少量铁粉放在白纸上，再取少量硫黄与铁粉混合……。而在2018年6月第五次印刷时的浙教版教材中，教材的表述又变为：取少量铁粉放在白纸上，再取一定量硫黄与铁粉混合（铁与硫黄的质量比约为7：5）……。教材从少量铁粉与少量硫黄的定性取法，到铁：硫黄=7：5的定量取法，编者对所取的铁粉与硫黄的质量关系也一定做了反复的推敲。虽然在一定程度上进行了修正，但由于所选实验装置决定了铁粉与硫黄的接触必定是松散的，这就导致了混合反应时两者最佳质量比不能确定。

3.伴随有毒气体，污染环境危害师生

在铁粉与硫黄反应的实验中，不得不提的便是硫黄会与空气中的氧气反应生成二氧化硫。由于二氧化硫具有强烈的刺激性气味，且对人体有害，所以在课堂中进行教材所要求的“学生活动”显然没有考虑到教学实际。

4.反应会放出大量的热，容易造成试管破裂

在反应的初始阶段需要加热混合物继而引发反应的进行，因为铁粉与硫黄的反应属于放热反应，所以后续过程并不需要加热。在这一过程中，试管局部温度是比较高的（如图1），会有一定几率发生试管破裂，从而造成不必要的伤害。

5.产物黏在试管不易取出

待铁粉与硫黄反应结束后，需要倒出混合物，并用磁铁吸引，从而判断是否产生新物质。在实际操作过程中，我们往往会发现反应后的产物容易黏在试管底部，不容易倒出来（如图2）。当我们用玻璃棒使其松动后，虽然不会黏在试管底部，但是在倒出产物时又会发现它很容易卡在试管口（如图3）。为了不使产物的化学性质发生改变，我们只能借助物理方法取出产物，但是这些物理方法很容易造成试管的破裂（图4为用玻璃棒在松动产物时使试管破裂）。如此一来，就无法用磁铁吸引产物，影响了后续实验中判断是否产生了新物质。

二、改進思路

由于试管内装有铁粉与硫黄的加热装置会带来较多问题，因此在设计改进实验时主要对实验装置进行改进。一些观点认为[1-3]，可以将反应装置进行密闭处理，从而减少副产物二氧化硫带来的危害。但是这样的改进思路也大大提高实验操作的难度，所以在对本实验装置进行改进时，我并没有选择密闭的装置。为了减少硫黄与氧气之间的反应，我选择将铁粉与硫黄在纸槽内捣实，减少铁粉、硫黄及纸槽间的空隙，从而减少硫黄与氧气反应产生的二氧化硫。

三、改进实验材料

条形磁体一根；研钵一个；研杵一根；玻璃棒一根；石棉网一张；漏斗一个；胶带、铜丝、滤纸若干；适量的铁粉与硫黄。

四、改进实验步骤

1.制作纸筒

将滤纸紧贴玻璃棒卷起，并用胶带在底部封口（如图5）。未封口的一端留作装填药品的入口，制成可装药品的纸筒。

2.制作铜架

利用玻璃棒制成的纸筒较细，不方便直接竖立在实验台上，此时可以利用铜丝制成如图6所示的铜架，辅助纸筒竖立在实验台上。由于本实验是放热实验，在实验的过程中会放出大量的热，所以选择将铜架放置在石棉网上方，以此来更好地保护实验台。因为铜的熔点较高，所以此铜架可以反复使用。

3.将药品装入纸槽

在反应开始之前，先用磁铁吸引研钵内的混合粉末，观察到能够吸起粉末，即可证明其中含有铁粉（如图7）。由于纸槽口较小，不便直接装入药品，可利用漏斗作为辅助工具，将混合粉末通过漏斗装入纸槽（如图8），并将其捣实放置于石棉网上的铜架内。需要说明的是，经过多次改变铁粉与硫黄的混合比例后的实际效果发现：将铁粉与硫黄以7：4的质量比混合，并在研钵内研细使两者混合均匀，加热后既可以观察到预期的实验现象，又能极大地减少二氧化硫的生成，是比较理想的混合比例。

4.进行反应

利用酒精灯外焰将玻璃棒一端烧至红热（此过程大约需要30秒左右），随即迅速地将已经烧红的玻璃棒一端伸入纸槽内（如图9）。可以观察到铁粉与硫黄发生剧烈的反应，放出大量的热，并伴随红光（如图10），产生不能被磁铁吸引的黑色固体（如图11）。

五、改进实验的优点

1.虽为微型实验，但实验现象却十分明显

纸筒空间有限，只能取少量的铁粉与硫黄的混合物装入纸筒内，所以这个改进实验属于微型实验，客观上也减少了药品的消耗。铁粉和硫黄发生的反应是剧烈的放热过程，虽然两者混合后质量不多，但从实验现象来看，两者发生反应后的现象依然十分明显。

2.实验改进后产生的污染物显著减少

在对实验进行改进后，产生的污染物显著减少，具体表现在教室中刺激性气味几乎闻不到。究其原因，主要是以下两个方面：一方面在于微型实验的先天优势，改进实验所取的药品量比较少，无形中也就减少了产生二氧化硫的原材料。另一方面在于改进实验中简易的“密闭效果”：先将药品研细混合均匀，再装入纸筒后捣实，减少铁粉、硫黄及纸槽间的空隙，意味著硫黄与更少的氧气接触，从而达到减少二氧化硫的生成。

3.实验改进后操作简便

要减少铁粉与硫黄在反应过程中产生的副产物二氧化硫，很多文献提到的改进思路都是利用密闭容器来达到改进目的。本改进实验摒弃了这一改进思路，因为无论是在哪一种密闭容器内进行反应，制作适合的密闭容器以及对容器内的混合物进行加热都会提升实验的操作难度。在这个改进实验方案中，除了铜架需要教师课前准备外，其他器材均可通过学生在课堂上的活动来制作完成，在操作过程中不再需要担心试管是否会因剧烈的反应而破裂，也无需绞尽脑汁地考虑如何取出黏在试管上的黑色固体。当实验具备可操作性的条件时，教师才能真正地将教材中的“学生活动”落到实处。

参考文献

[1]齐俊林，宋艳芝.全封闭式铁与硫的反应简易演示器[J].化学教育，2010（3）：91

[2]孙亮.硫粉与铁粉化合的实验改进[J].化学教与学，2016（10）：94

[3]李跃春.关于铁与硫黄反应演示实验的改进[J].实验教学与仪器，2002（5）：15