铁与水蒸汽的反应实验设计
衡阳市八中 成志高
一、铁与水蒸汽的反应在教材中的地位:
1、铁是高中阶段唯一较系统学习的一种过渡金属,它的性质是学生学习的重点。
2、该反应特殊 金属与水的反应一般产生金属的氢氧化物和氢气,而铁与水蒸汽产生四氧化三铁和氢气。掌握该反应能够让学生的知识更加完善,不出现知识的漏洞或错误。
二、现存的问题与分析:
1、现存的问题:
按教材《高中化学》(必修1) P50的叙述来做时,成功率非常低,近日在中国基础教育网的《化学论坛》上,也看到这个实验做不成功的讨论。据了解,不少学校的同行干脆不做这个实验。尽管已有同行对此实验有过研究,但仍不成熟,其装置和操作反而更复杂,成功率仍然不太高, 时间一般需要4~5分钟,甚至更长。
2、问题的分析:
⑴加热装置过于复杂 一般使用了酒精喷灯或两个酒精灯联合使用,中学难以见到;
⑵水蒸汽产生不合理 有用圆底烧瓶的,太慢;有用加热湿棉花的,较快,氢气量太少,反应很快停止;由于用它们产生水蒸气时,蒸气流速太快,从而导致加热的温度不易达到反应所需温度;
⑶氢气没有干燥 气流产生过程中,氢气很容易和比较多的水蒸汽混合而潮湿,氢气很难点燃而导致无爆鸣声;
三、实验改进:
1、只使用一个酒精灯加热,加防风灯罩
2、用硫酸铝晶体加热产生水蒸汽代替水
3、使用中学常见的固固加热装置
4、连接干燥管
5、具体装置图如下:
三、实验过程:
取一定量的还原铁粉和硫酸铝晶体,装入硬质试管中,实验时先来回移动酒精灯使试管受热均匀,以免炸裂,再直接加热,将导气管插入水中(预先加入少量洗洁精),观察。
1min左右后用燃着的木条靠近产生的气泡,可以观察到气泡爆炸,重复多次,可以多次观察。
反应后的固体为黑色固体和白色固体的混合物。
四、结果与分析:
1、1min左右产生氢气,速度很快;
2、爆鸣声大,实验现象很明显;
3、可以比较好地说明产生了四氧化三铁。
产物为白色和黑色固体混合物,黑色物质可以证明不是氢氧化物,应该为四氧化三铁或氧化亚铁,但氧化亚铁或氢氧化亚铁极易被氧化不能稳定存在,所以最终产物应为四氧化三铁。
五、改进后的优点: