鐵粉與水蒸氣反應實驗改進新法

文章編號：1005－6629(2010)11－0012－02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：C

研究金屬與水的反應是研究金屬化學性質的重要手段。較高溫度下鐵粉能與水蒸氣反應是鐵為一種較活潑金屬的有力證據，但該反應遠沒有鈉跟水反應那么劇烈。為了證明鐵是一種較活潑金屬，增強學生的感性認識，教材中設計了鐵粉與水蒸氣反應實驗[1]， 但該實驗方法存在試管易破裂、反應速率慢、 產生氫氣少、實驗現象不明顯等不足［2］。 為此筆者在已有實驗改進的基礎上針對上述不足進行了深入的研究和改進，并取得了良好的效果。

1 實驗裝置的改進

1.1實驗用品

玻璃管（18 mm×200 mm，可用底部破損的普通試管去掉底部做成）；自制二頭酒精燈（燈芯帶鐵絲網罩，使火力集中并能提高火焰的溫度）；銅槽（用銅片自制，四周高，中間低）；自制小水槽（用玻璃瓶代替）；鐵架臺；玻璃導管；橡皮塞；橡膠管；鐵絲網罩（自制）； 醫用塑料注射器（5 mL， 帶針頭)；半環形磁鐵（廢喇叭上的）；木條；棉線；粉筆頭；坩堝鉗；火柴。

還原鐵粉；蒸餾水；洗潔精溶液（最好滴加幾滴甘油，可使氫氣泡增大且穩定）。

1.2實驗裝置

改進后的的實驗裝置如圖1所示：

1.3實驗步驟

(1)按圖1所示裝配好儀器，檢查裝置的氣密性，然后添加好藥品和用品。特別強調的是對鐵粉的特殊處理：在鐵粉的上方，緊貼管的外壁，用半環形磁鐵吸附管內的鐵粉，鐵粉被磁鐵吸附后呈疏松多孔的毛刷狀，高度分散，其表面積是平鋪時的十幾倍甚至幾十倍，大大增加了與水蒸氣的接觸面積，反應速率會大大加快，此處的改進非常關鍵。

(2)緩緩地推動注射器活塞，逐滴滴下蒸餾水使棉線浸潤吸足為止（吸水不宜過多，以水不自動流出為宜）。點燃二頭酒精燈，先預熱玻璃管，然后只加熱銅槽的右半部分，約10秒鐘后，再同時加熱銅槽的右半部分和鐵粉。加熱過程中每隔一段時間要緩緩地推動注射器活塞，給棉線補充蒸餾水（每次0.2 mL，每分鐘1～2次）。

(3)加熱一會兒還原鐵粉后，再將導管口伸入到洗潔精溶液中（導管口先不要伸到洗潔精溶液中，因開始排出的是空氣），當氣泡在液面聚集較多時，試著用燃著的木條靠近氣泡點燃，當聽到“噗”的一聲時（有時會聽到尖銳的爆鳴聲，視所得氫氣的純度而定），證明產生的是氫氣。再聚集氣泡，點燃一次。

(4)實驗結束時，先從洗潔精溶液中撤出導氣管，再移去燃著的二頭酒精燈并熄滅（注意用坩堝鉗取下灼熱的鐵絲網罩，放在石棉網上）。

2改進后裝置的優點

(1)將濕棉花改為用銅槽承載的棉線后，加熱時即使有水流出，水也會呆在銅槽里面，不會流到灼熱的鐵粉處炸裂玻璃管，實驗更加安全。導熱性良好的銅槽，不僅可加速水蒸氣的產生和提高其溫度，而且在加熱條件下還可吸收管內的部分氧氣，點燃氫氣泡時更加安全。

(2)由于加熱過程中可及時給棉線補充蒸餾水，不僅棉線不會被燒焦，而且實驗可以持續進行。實驗結果表明：一藥匙鐵粉(約4 g)和5 mL水，可使反應持續15分鐘左右。

(3)實驗改進后反應速率大大加快；實驗時間明顯縮短（從加熱到產生氫氣不足一分鐘，一分半到兩分鐘實驗結束）；產生的氫氣量大，實驗現象更加明顯；實驗成功率很高，幾乎達100 %。

(4)實驗材料來源廣泛，大多是生活中或身邊常見的物品。在此實驗裝置中有好多儀器是自制的，如：兩端開口的玻璃管、二頭酒精燈、小水槽等，筆者是想說明：在邊遠貧困、實驗條件不具備的學校，可就地取材自制一些簡單儀器，降低購置成本。還可將該演示實驗改為學生分組實驗，讓學生親自動手體驗實驗過程。

3 幾點說明

(1)玻璃管平放后，為了防止管右端的冷凝水回流到鐵粉處炸裂玻璃管，在管右端放一段干燥的粉筆頭來吸收冷凝水。

(2)為使水蒸氣保持較高溫度，銅槽與還原鐵粉間的距離不可太遠，0.5 cm～1 cm為宜。

(3)自制二頭酒精燈的方法：取一個帶鐵蓋的大口罐頭瓶。在鐵蓋上打兩個圓孔（圓孔的直徑約0.8 cm，兩個圓孔要在一條直線上，其間距要視銅槽和還原鐵粉在試管中的位置而定）， 圓孔上各插一個帶燈芯的瓷燈芯座（普通酒精燈的燈芯座）[3]。

(4)運用此裝置，教師還可以引導學生探究不同的金屬（如鎂粉）與水蒸氣反應的情況，從而更有效地挖掘和利用實驗的啟思功能。

參考文獻:

[1]宋心琦.普通高中課程標準實驗教科書·化學（必修1）[M].北京：人民教育出版社，2007：50.

[2]劉英杰. 鐵粉與水蒸氣反應實驗裝置的改進[J]. 化學教育，2009，30（4）：71～78.

[3]人民教育出版社化學室.全日制普通高級中學教師教學用書（必修加選修）化學·第二冊[M].北京：人民教育出版社，2003：83.