铁与水蒸气反应的微创新实验

    凌晨

    

    

    人教社（必修）化学1中“铁与水蒸气反应”的装置看似简单，但实际操作却较为繁琐.如果将棉花先用水润湿，放入试管底部时会使试管内壁变潮湿，影响后续实验效果;如果先将棉花放入底部，再从试管上方滴入水，则水的量较难把控，且棉花保水效果较差，会顺着试管内壁流下来，使铁粉变潮湿，从而导致试管破裂.由于产生的水蒸气温度较低，所以实验成功率不高.

    鉴于此，我们对铁与水蒸气反应的实验做了进一步的补充和改进.

    一、实验装置及构造

    1.氢氧化铝提供高温水蒸气的实验装置.

    由于产生的气体难以将泡泡液吹出单独的气泡，所以最好先制作一个吹泡器.实验时先将吹泡器末端蘸上泡泡液，快速挤压血压表加压球，利用收集在球中的气体吹出独立的气泡，再检验气泡中的气体.

    2.粉笔提供高温水蒸气并改变还原铁粉位置的实验装置

    该装置也可以在尾部接一个吹泡器，吹出气泡进行检验.

    二、实验原理分析

    查阅文献可知，Mg（OH）2固体350℃时产生水蒸气、Ca（OH）2固体580℃时产生水蒸气、Al（OH）3固体200℃时产生水蒸气.实践证明，这些氢氧化物均可以替代湿棉花提供高温水蒸气.由于Mg（OH）2固体、Ca（OH）2固体分解温度较高，用酒精灯加热时需较长时间才能检验出H2，而Al（OH）3分解生成水蒸气时的温度不太高，用酒精灯加热温度容易达到，所以实验时能较早地产生H2，从而节约实验时间.

    CaSO4·2H2O在128℃时生成水蒸气和熟石膏，163℃时生成水蒸气和CaSO4，800℃以上CaSO4才开始分解，而粉笔是由熟石膏粉加水搅拌、灌入模型后凝固而成，它同样可以提供高温水蒸气.由于CaSO4不直接与铁反应，而且不影响实验现象的观察、易于从固体混合物中完全分离出去，所以可以将铁粉置于试管底部，将粉笔直接置于铁粉上方进行实验，从而大大简化了实验操作.

    三、实验步骤与现象

    1.用氢氧化铝提供高温水蒸气.

    （1）如图1，检查装置气密性.

    （2）向具支试管内依次加入1-2药匙氢氧化铝、适量石英棉和1药匙还原铁粉，塞好橡皮塞，固定在铁架台上.

    （3）点燃双头酒精灯加热，将产生的气体通入泡泡液，用燃着的木条检验泡泡液中收集的气体，或者一段时间后，用血压表加压球中收集到的气体吹出泡泡，再用燃着的木条检验泡泡中的气体.

    2.将还原铁粉置于试管底部.

    （1）如图2，检验装置的气密性.在试管内先加入1药匙还原铁粉和半支白色粉笔，轻轻振动并调整角度，使铁粉平铺于试管底部，粉笔置于铁粉上方，塞好橡皮塞，固定在铁架台上.

    （2）加热，可观察到试管内固体的黑色加深，100 s左右即可用火柴點燃烧杯内的气泡检验产生的气体.听到“噗”的一声，说明产生的气体是H2.

    （3）待试管内固体稍冷却后，将固体混合物倒在石棉网上，用镊子取走粉笔，用玻璃棒将黑色固体压碎，并用一张纸垫在磁铁下方移近黑色固体.可以观察到黑色粉末完全被磁铁吸引，说明铁与水蒸气反应生成的黑色固体是Fe3O4.

    四、实验设计特色

    1.用氢氧化铝提供高温水蒸气，有助于后续氢氧化铝热稳定性的学习.实验改进后，操作更方便，简单易行.现象更明显，成功率高.

    2.用粉笔提供高温水蒸气，原料易得，而且巧妙改变了还原铁粉的位置，使操作变得非常方便.