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1、2008年第12期化学教育#67#问题讨论与思考探讨一个深藏不露的实验奥秘刘怀乐(重庆巴蜀中学400013)1问题的提出色粉末引燃,缓缓地从纸的始端燃烧至终端,粉末由按原中学化学教材所示装置(见图1)进行实黑色又变成了还原前的红色(Fe2O3)。验,是多数高中化学教师都有过的共同经历。即使笔者曾经把还原的时间从10min加长到是没有做过这个实验的新教师,也都会有把握成功。15min,直至20min,尽管所得的黑色粉末都可以但笔者同时也很负责任地告诉大家,十有八九的实被磁铁吸引,可以燃烧,但是它与酸和CuSO4的置验者,从来都没有把这个实验做成功,而是
2、误以为成换反应现象始终不明显。这就使笔者怀疑:按教材功了。特别不能盲目相信教材上的那句话:/玻璃管要求实验还原出来的黑色粉末的成分,不是单质铁,里的粉末由红棕色逐渐变黑。这种黑色的粉末就是而是Fe3O4。被还原出来的铁。02问题的诠释211给Fe2O3加热,何以由红变黑有一个事实,想必不一定为多数人熟悉。把半药匙红色Fe2O3粉末,或一些橙黄色的铁锈(Fe2O3#nH2O)放在试管中加热,你会发现,红色的Fe2O3或橙黄色铁锈会迅速变黑,冷却后又迅速恢复成加热前的红色和橙黄色。不仅是红色的Fe2O3,事实上很多无机化合物的颜色,往往随着温图1用一氧化
3、碳还原氧化铁的实验装置度的升高,颜色会变深(表1),冷却后又复原色。如果你真的相信你的实验是成功的,相信那黑表1无机化合物在不同温度下的颜色色粉末一定是被还原出来的单质铁,那有必要请实某些无机物常温时的颜色高温时的颜色验者注意下列几个实验事实和现象。HgO红黑(1)不用通入CO(或H2),单独加热玻璃管内Fe2O3红黑的红色粉末(Fe2O3),也会逐渐变黑(不过冷却后又Cr2O3绿灰黑会变成红色)。(2)反应后被冷却了的黑色粉末,又确实可以被Pb3O4橙红棕磁铁吸引。PbO橙黄棕(3)把少量上述实验所得的黑色粉末放入试管Na2O2淡黄棕黑中,注入约5
4、~6mL水,静置。用滴管吸取浓HClCuSO4白橙黑(或浓H2SO4)缓慢滴加入水中。这样操作的目的,K2Cr2O7橙红棕红是让与黑色粉末接触的酸的浓度逐渐增大。不料,CuCl2棕黄深棕始终不见有气泡产生。用磁铁在试管外壁感应,黑色粉末会感应移动。可见,一些无机化合物的颜色随温度的升高颜[1](4)2个试管都注入相同体积,相同浓度(颜色色变深,是一种普遍性的规律。有鉴于此,在CO相同)的CuSO4溶液,在其中一个试管中放入少量还原Fe2O3的实验里,不能完全凭借反应物的颜色黑色粉末,振荡,静置观察:2个试管中的CuSO4溶由红变黑去判断反应是否已经发
5、生,或者是已经反液的颜色没有明显差别,也没有红色的单质Cu被应完全。这或许是教材的编著者和一些实验者曾经置换出来,黑色粉末仍然可以被磁铁吸引。疏漏了的事实。(5)取一块长约15cm,宽约3cm的纸条(最好212按教材图示方法实验,何以还原不出单质铁是易燃的报纸),把它折成个纸槽,然后把黑色粉末首先,CO(H2)还原Fe2O3的反应是逐步进行平铺在纸槽内成一条连续不断的黑粉线,平放在一的。我们可以从冶金学原理和大学无机化学中查到[2]块玻璃片上。当点燃纸条的一端时,燃着的纸把黑氧化物的自由能)温度图(又称艾林汉图)。#68#化学教育2008年第12期5
6、00e)的温和条件下,CO和H2很难最终把Fe2O3还原成Fe的原因。既然没有还原出Fe,那黑色粉末与酸,与CuSO4的置换反应现象当然就无从产生。213关于Fe、FeO、Fe3O4的可燃性Fe可以在空气中燃烧生成Fe3O4,这是大家最熟悉的。其实,加热草酸亚铁分解生成的FeO(FeC2O4=FeO+CO+CO2),以及由Fe2O3还原生成的可被磁铁吸引的Fe3O4,也都是一种可以在空[6]气中燃烧的黑色粉末。可见,仅凭颜色是黑色,可以燃烧,可被磁铁吸引就断定它一定是从Fe2O3中图2艾林汉图被还原出来的Fe,是缺少根据的,是不符合实际的其中Fe的氧
7、化物的热稳定性顺序是:FeO>臆断。笔者认为,在用CO或H2还原Fe2O3的实Fe3O4>Fe2O3;还原性顺序则与此相反:Fe2O3>验里,判断还原产物是不是Fe,或者还原产物中是Fe3O4>FeO不是含有Fe的最可靠的方法:一是与稀HCl,或稀实验证明,无论是用CO作还原剂,抑或是用H2SO4反应看是否有氢气泡产生;二是与CuSO4H2作还原剂,氧化铁(Fe2O3)的还原过程都是逐步[3]溶液反应,观察溶液的颜色变化,以及是否有紫红色进行的:的Cu被置换出来。首先是Fe2O3还原成Fe3O4:400e~500e3CO(H2)还原Fe2O3实验的奥
8、秘3Fe2O3+CO2Fe3O4+CO2至此,我们还不能轻易断定在实验室用酒精灯(3Fe2O3+H22Fe3
