铁与水蒸气反应实验改进

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本科生毕业论文（设计）
题目：铁与水蒸气反应实验改进
生命科学与化学学院 化学 王贤明 0710810001 郭琦
论文完成日期： 2011 年 4 月 30 日
铁与水蒸气反应实验改进
王贤明（0710810001）
摘要：人教版化学必修1中铁粉与水蒸气反应的实验装置虽然简单易操作，但是实验成功率很低，实验
现象不明显，本文对该实验做了一些改进，设计了一个实验装置同样简单易操作，现象更加明显，实验成功率更高的实验装置及实验方案。

关键词：铁粉；水蒸气；实验改进
分类号：文献标识码：A
铁粉与水蒸气反应的实验在人教版化学必修（1）2007年3月第三版（以下简称教科书）
第50页第三章《金属及其化合物》中以科
学探究的形式出现的书上装置如图（1）所
示[1]。

在中学教学过程中发现;该实验装置虽然操
作简单，但是实验成功率很低，实验现象很
难达到如课本彩图中效果，用火柴点燃导管
处出来的气体时，根本就点不着，且看不见
淡蓝色火焰无法验证产生的气体时否是氢气。

本文对该实验做了一些改进，使实验现象更加明显
一、存在的问题
1、水蒸气的产生
科书上用湿棉花的蒸发作用来产生水蒸气再与铁粉反应，经过大量实验发现用棉花产生水蒸气存在以下缺点：（1）湿棉花的水分易挥发。

铁与水蒸气反应的温度为1173K[2]，而水的沸点为373K[2]，远远低于该图1
实验的反应温度，因此，当铁粉处温度达到反应温度时，湿棉花中的水分早已挥发没有了，导致水蒸气量不足，产生的氢气量极少，现象不明显。

（2）在加热过程中，湿棉花中的水会成滴流向试管中间加热部位，由于试管中间温度较高，导致试管炸裂，实验不安全。

2、产物的检验
教材中用点燃氢气泡的方式来检验产物是否为氢气，在实际操作过程中发现，产生的氢气泡根本不能被点燃，实验过程中也看不见有淡蓝色的火焰，无法检验实验是否产生了氢气。

为了实验装置简单、现象明显、成功率高、适合中学生实验的原则，本文对该实验的装置、药品及产物检验分别进行了一些探索和改进。

二、实验改进
1、针对水蒸气发生装置的改进
由于湿棉花中的的水分挥发较快，在实验前期探索中，想到给装有水的烧瓶或大试管加热[3]，以提供持续稳定的水蒸气流，作为水蒸气的发生装置，但是由于产生的水蒸气过多水蒸气流较大，易导致试管炸裂，且产生的氢气浓度下降，现象非常不明显。

经过阅读大量文献和思考总结，本人想到了用固-固加热的实验装置，即用一种在加热条件下能产生或提供持续水蒸气流的固体与铁粉混合，在加热条件下反应，由固体受热提供水蒸气再与铁粉反
应实验装置如图2 所示。

图2
考虑到药品要常见、易得，在加热条件下能产生水蒸气，在阅读了大量文献的基础上，本文主要选取了一下几种固体：（1）湿沙子[4]（2）湿粉笔头[5] （3）硫酸铜晶体[6]（4）氢氧化钙固体[6]
蒸气，实验效果不好，用硫酸铜晶体代替时，因为它的失水温度低，在还没达到铁与水蒸气反应的温度时硫酸铜中的结晶水就已经没有了。

经过查阅大量的资料后得知：氢氧化钙的分解温度是580℃，达到这一温度便开始受热分解，生成氧化钙和水蒸气。

而氢氧化钙的分解温度比较接近本实验所需的温度，所以选择了氢氧化钙。

利用氢氧化钙分解生成的水蒸气再与铁粉反应，其反应非常平缓，随着反应的进行，氢气泡会源源不断地产生。

综上所述：选用氢氧化钙和铁粉混合加热时实验现象明显，安全性高，效果最好。

2、对产物检验的改进
教材中用点燃氢气泡的方式来判断是否产生了氢气，在实际操作过程中发现，用点燃的方式很难判断是否产生了氢气，实验中根本就看不见气泡被点燃，也看不见淡蓝色火焰[7]。

针对这个问题，我选择用先将产生的气体收集起来，通过验纯的方式来判断是否产生了氢气（通过是否有爆鸣声来判断是否产生了氢气）。

3、对药品用量的探索
在实验过程中我发现装入药品的比例不同时，产生气体的量、气体的速度以及反应的快慢都不一样。

针对这个现象，我又做了系列对比实验，探究反应物比例对实验的影响。

实验现象如下表2所示。

）的方案较合理。

三、结论
1、改进后实验装置见图2
2、实验操作步骤：
①分别称取氢氧化钙、铁粉各一克充分混合均匀，用纸槽将混合物置于硬质试管底部按图5安装好实验装置。

②先预热再用酒精灯外焰给混合固体部分集中加热，待导管口的气泡均匀冒出时，用事先装满水的小试管排水法收集产生的气体，气体收集满后，先将导管移出水面再停止加热。

③用大拇指堵住试管移至火焰上方验纯，看是否有爆鸣声，验证是否产生了氢气。

④实验结束，整理仪器。

3、实验说明
①铁粉与水蒸气反应的实验关键是要有持续高温的水蒸气流，本实验的最大特点就是用加热氢氧化钙分解产生水蒸气来替代湿棉花提供水蒸气，由于氢氧化钙的分解温度比较高，为580℃[7]，比较接近该反应温度，故能提供高温水蒸气使该实验现象更加明显。

②用小试管收集气体（排水法）收集满以后，要将试管倒扣在水槽中一段时间，让气体中水蒸气充分冷凝，以提高氢气的纯度。

4、改进后实验优点
①实验装置简单，安全性好，适合中学生操作。

②实验条件简单，反应速度较快，产生气体的量较多，现象明显，实验成功率很高。

参考文献
[1] 宋心琦等.普通高中课程标准实验教科书.人民教育出版社,化学1必修, 2007（3）: 50-51
[2]马世昌．基础无机化学反应．西安：陕西人民教育出版社，1995:1005.
[3] 英华, 陈德培.铁与水蒸气反应的实验改进[J]. Educational Equipment And Experiment,
2005(4): 18-20
[4] 赖陆峰，李春燕.铁与水蒸气反应实验改进[J].化学教育，2008（3）：63-64
[5] 邓湘.关于铁与水蒸气反应实验改进的探索.中学生˙教与学，2009（5）：93-94
[6] 李芬.铁与水蒸气反应的实验改进[J].实验教学与仪器，2008（7-8）：42-44
[7] 方双喜.铁与水蒸气反应实验改进[J].实验与创新思维，2010（6）：11-12
指导老师：郭琦。