探究實驗：鐵粉與水蒸氣反應(yīng)

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1、揚州大學(xué)化學(xué)實驗報告課程中學(xué)化學(xué)實驗研究實驗課題鐵粉與水蒸氣反應(yīng)改進與探究學(xué)號080901108姓名潘高子實驗時間2011年6刀8LI一、實驗?zāi)康膆通過借鑒前輩的改進方案，用實驗對比，擇出最優(yōu)方案（實驗效果好.反應(yīng)速度快.效果明顯.危險性小.環(huán)保性強），使得教學(xué)演示性更佳。1、通過對實驗儀器的選擇，實驗方法的的挑選，讓教學(xué)重點更突出，技能掌握更牢靠，使學(xué)生對實驗中涉及的儀器和方法，有更深的認識和理解。二、實驗原理及操作性分析基本實驗原理：3Fe（s）+4H2O（g）-Fe3O4+4H21對于人教版高一化

2、學(xué)必修課中“鐵與水蒸氣的反應(yīng)裝置”的實驗效果很不理想，故絕大部分學(xué)校幾乎從不做關(guān)于鐵與水蒸氣實驗的演示。從很早以前，教育工作者就不斷提出對該實驗的改進方法，但效果如何卻不得而知。我查閱了大量文獻后，總結(jié)分析實驗受限的原因如下：第一，用酒精噴燈加熱，很容易使玻璃管變形，即使是用硬質(zhì)的石英玻璃管，間隙移動噴燈，玻璃管的軟化、變形，甚至破裂的情況很難避免；而且現(xiàn)在學(xué)校酒精噴燈已經(jīng)不常見了。第二，一般說來，只有緊貼在玻璃管壁被加熱至紅熱的鐵粉才能跟水蒸氣起反應(yīng)，分散在石棉絨上的其他大量鐵粉，由于溫度不夠高，實際

3、沒有發(fā)生反應(yīng)。因此，石棉絨盡管把鐵粉分散了，但從效果上看是形同虛設(shè)。第三，燒瓶里產(chǎn)生的大量的水蒸氣到了玻璃（反應(yīng)）管，將會凝聚下來成為液體，這些液體無處可流，只有聚積在高溫玻璃管中，十有八九會導(dǎo)致玻璃管破裂。第四，干燥管在這里更是名不符實。無論用哪種干燥劑所填裝的干燥管，總是用以除去僅有的少量水蒸氣氣體;在本實驗條件下，如此大量的水蒸氣，無論用哪種干燥劑都起不到預(yù)想的干燥效果。由此，我決定在前輩設(shè)計的裝置基礎(chǔ)上做改動。（以下為文獻截圖與分析）①不存在水蒸氣凝結(jié)聚集在被加熱的Fe與水蒸氣的反應(yīng)部位?消除了

4、實驗的風(fēng)險。（2排水法收集H，輕而易舉地實現(xiàn)了水蒸氣（大量）與H：（少量）的分離?完全可以收集到普通三、原始實驗設(shè)計方案其中A為玻璃纖維混合還原性鐵粉，用于增大粉末與蒸汽接觸面積，并阻止過多的冷凝水。B為吸水物質(zhì)（實驗分三組，吸水物質(zhì)分別為:脫脂棉.粉筆、硅膠）（每組實驗重復(fù)測定3次）實驗記錄表格:反應(yīng)時間t/s氣體的量V/ml試管內(nèi)現(xiàn)象1、粉筆1、脫脂棉3、硅膠最佳方案編號最優(yōu)化原因?qū)嶒灴偨Y(jié)實驗室分配的藥品，如圖：無水氯化鈣（分析純）＞還原鐵粉.九水硅酸鈉（分析純）、粉筆.脫脂棉、玻璃纖維US、實際操

5、作裝置及實驗過程第一次實驗：完全遵照原始設(shè)計方案操作，整個實驗過程暴露了大量問題。1.鐵粉不反應(yīng)（文獻說明酒精燈確實能支持該反應(yīng)的發(fā)生，經(jīng)過與老師的討論，猜想是水蒸氣溫度不夠，因為加熱情況下即使溫度不到100度，也有水蒸氣揮發(fā)，積聚在試管內(nèi)，使鐵粉潮濕結(jié)塊，溫度上不去。）I、長時間加熱，試管會軟化，有時不慎造成倒吸，試管破碎很多。（實驗室無法提供硬質(zhì)具嘴試管，故在普通硬質(zhì)試管的基礎(chǔ)上要對裝置進行調(diào)整）第二次實驗：為了避免第一次實驗中試管破碎以及水蒸氣溫度不夠的問題，我對實驗裝置進行了第一次變動這樣改動使

6、得水蒸氣途經(jīng)的路線延長，不夠溫度的水蒸氣會在半路冷凝下來，而且水蒸氣發(fā)生處的試管換成了硬質(zhì)試管，不易破碎。最重要的是在鐵粉處增加一個酒精燈進行加熱，提高了鐵粉溫度，讓反應(yīng)易進行。這次實驗結(jié)果較第一次好很多，反應(yīng)一段時間后可見到貼近管壁的鐵粉變?yōu)楹谏?，現(xiàn)象明顯，但是仍舊有很多鐵粉混在玻璃纖維中并不反應(yīng)。第三次實驗：經(jīng)過思考和對比，我對實驗裝置再次進行了改進由圖片可以看出，我縮短了連接管的距離，局部放大后可知，我在兩只試管外壁上裹上了保溫層（內(nèi)層為棉花，外層為錫箔紙），并增加了電爐在水蒸氣的行經(jīng)道路上，其目

7、的均是為了提高和保持溫度。除此之外前后兩盞酒精燈，橡皮管導(dǎo)出氣體排水收集，均未作調(diào)整。而量筒作為集氣裝置是為了更好的了解氣體體積。以下陳列的是該實驗所有到的所有儀器:這次實驗效果非常的好，必須強調(diào)兩個微小的技巧：K吸水物質(zhì)應(yīng)和以煮沸的水混合后，再實驗。這樣不僅縮短了煮水的時間，而且避免了過多低溫水汽的揮發(fā)，迅速翻滾的水汽會讓反應(yīng)效果更好。1.具嘴試管先微微潤濕，鐵粉放入具嘴試管底部后，用手轉(zhuǎn)動試管，并搖晃輕拍，讓鐵粉盡可能均勻的粘附在試管壁上，此時再塞入玻璃絲，用以阻隔冷凝水?；诹己玫膶嶒炐Ч?，我依次

8、用脫脂棉，粉筆和硅酸鈉做了三組實驗，結(jié)果如下：脫脂棉：吸水量大，但是稍有不慎水分蒸干便會焦化，而且沸騰劇烈時氣泡會把棉花推至管口，導(dǎo)致棉花和水分離，甚至棉花堵住水蒸汽出口。粉筆：吸水量一般，但不會出現(xiàn)焦化的問題，暴沸時甚至可充當(dāng)沸石，只是實驗后試管內(nèi)和連接管內(nèi)會殘留白色固體，用清水沖洗即可干凈。硅膠（實驗室錯提供了硅酸鈉）：直接溶解了，故無法用來實驗。所以，我將粉筆作為了我選擇的吸水物質(zhì)，再次實驗，卻發(fā)現(xiàn)收集到的氣體無法點燃,也不會爆鳴。我