铁与水蒸汽反应的装置改进和铁粉选择

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1、铁与水蒸汽反应的装置改进和铁粉选择陆燕海（德清高级中学浙江德清313200）新教材第二册中关于铁与水蒸汽反应的演示实验，存在以下问题：（1）水蒸汽流量大、流速快，因此与铁粉接触面积小、时间短，故成功率极低；（2）水蒸汽易冷凝造成玻璃管碎裂。（3）耗时，短时间内收集不到足量的氢气。鉴于以上不足，笔者对实验装置进行了改进，并选取了不同的铁粉进行了实验探究和对比，实验过程和结果如下，供同行参考。1实验过程1.1实验用品仪器：石英二通管，石英棉，石棉绒，2KW的电炉丝（约50cm），50mL烧瓶（带支管），酒精灯，10mL小试管（管口附近划有

2、刻度标记），水槽，导管，橡胶管，铁夹（3个），秒表。药品：铁粉（四种），蒸馏水。1.2实验装置改进后的实验装置如图1所示：1.3铁粉的准备铁粉A：分析纯还原铁粉（浙江省衢州市花园化工试剂厂生产）。铁粉B：加热条件下，将铁粉A在H2流中加热，进行还原处理约15min后，冷却备用。铁粉C：取一定量的铁粉A，在烧杯中用1mol/L的稀盐酸浸泡约5min后过滤；将所得铁粉在烘箱中烘干，烘箱温度控制在90℃。铁粉D：将1mol/L的FeSO4溶液和1mol/L的(COOH)2以1∶1的体积比混合后出现沉淀,过滤得到草酸亚铁晶体，用蒸馏水洗涤沉淀

3、直至滤液pH=7为止，将所得草酸亚铁晶体在烘箱中烘干，烘箱温度为80℃，得到粉末状草酸亚铁。然后将烘箱温度升高至260℃，保温0.5h，得到粒度较细的铁及其氧化物。将该铁的氧化物转移到试管中，最后用CO采用固相还原法得到超细铁粉，并在隔绝空气下冷却到室温。有关的化学反应方程式如下：3FeSO4·7H2O+(COOH)2·2H2O===Fe(COO)2·2H2O↓+H2SO4+7H2O。Fe(COO)2·2H2O===CO+CO2+2H2O+FeO3FeO===Fe2O3+Fe4FeO===Fe3O4+Fe1.4实验步骤（1）铁粉A和石

4、棉绒混合均匀，使铁粉附着在石棉绒上后转移至石英两通管中，两通管两端用石英棉堵住，按图1组装好实验仪器。（2）关闭铁夹a，打开铁夹b，点燃酒精灯，加热圆底烧瓶中的水至沸腾。（3）关闭铁夹b，打开铁夹a、c。将导管置于水槽液面以下，排出装置内空气。（4）打开电源开关，加热两通管，用排水集气法收集产生的气体，并按秒表开始计时。（5）当试管内气体收集至刻度线时，记录秒表时间。关闭电源，关闭铁夹a、c，打开铁夹b。由于收集到的H2非常纯，先把试管敞口向下放几秒钟，让空气扩散进来后再靠近明火，进行爆鸣实验。（6）待两通管冷却后拆下，将铁粉分别换成

5、铁粉B、铁粉C和铁粉D，重复上述实验步骤。（7）按以上方法与步骤再次测定四种不同铁粉与水反应的时间，求出平均反应时间。2实验结果表1不同铁粉与水蒸汽反应的实验结果统计原料两次反应时间/min平均反应时间/min爆鸣实验效果铁粉A15.916.416.2良好铁粉B12.812.412.6良好铁粉C13.613.213.4良好铁粉D8.68.08.3良好传统方式用排水集气法收集10ml氢气所需时间不少于20min。采用上述装置和药品后，实验时间大大缩短，而且在进行爆鸣实验时效果良好，均可以听到尖锐的爆鸣声（或噗的声音），成功率很高。（这段

6、可否去掉，若用此方法收集氢气，则大大增加实验复杂性）由上表实验结果可知，用以上实验装置选择不同铁粉作为原料时，反应时间有一定的差别。普通还原铁粉所需时间最长；将铁粉进行H2还原或酸洗处理后都可以提高实验反应速率，但效果并不明显；时间最短的为铁粉D，平均时间仅约为普通铁粉的1/2。因此，在实验条件允许的情况下制备超细铁粉作为反应原料效果最好，可以大大减少课堂教学时间。3实验说明①改进后的实验装置中将加热方式改为用电热丝竖直加热，增大了加热速度和范围，提高了水蒸汽与铁粉的接触面积，大大缩短了实验时间。②3铁夹a、b的开关对水蒸汽流速可适当

7、加以控制，以及竖直的加热方式使两通管内水的冷凝减少，即使有少量的冷凝水也不会使石英两通管碎裂，所以实验中没有事故发生，安全系数高。③铁粉D（超细铁粉）的制备时，粉末状草酸亚铁分解时的加热温度要控制适中，如果温度过高会使产物粒度增大甚至结块；最后还原所得的超细铁粉在转移到两通管时速度要快，尽量减少铁粉的氧化。④可以使用从石棉网上刮下的石棉绒作为铁粉的载体，其实验效果比一般石棉绒好。参考文献1彭梅.超细铁粉的制备及应用.重型机械科技.2003,(3):51～542胡业宏.铁与水反应实验的改进.化学教育.2005，(1):523陈新智.新课

8、程中的“铁跟水反应的实验”教学.中学化学教学参考.2004，(11):31～323