铁与水蒸气反应实验条件的探究
摘要：人教版化学必修１中铁粉与水蒸气反应的实验装置虽然简单易操作，但是实验成功率很低，实验现象不明显。在其他文献的基础上，对实验条件及产物的检验进行了探究，同样实验装置下操作简单，现象更加明显。
关键词：铁粉；水蒸气；实验改进
人教版必修ⅰ中采用湿棉花作为水蒸气源， 用酒精灯加热还原铁粉的反应， 并通过氢气肥皂泡检验氢气的产生［１］。在中学教学过程中发现，该实验装置（如图１）虽然操作简单，但是实验成功率很低，实验现象很难达到如课本彩图中效果，本文在其他文献的基础上，对实验条件及产物的检验进行了探究，同样实验装置下操作简单，现象更加明显。 一、存在的问题 １．水蒸气的产生
教科书上用湿棉花中水的蒸发来产生水蒸气再与铁粉反应，经过实验发现用湿棉花产生水蒸气存在以下缺点：
（１）湿棉花的水分易挥发。铁与水蒸气反应的温度为１１７３ｋ［２］，而水的沸点为３７３ｋ［２］，远远低于该实验的反应温度，因此，当铁粉处温度达到反应温度时，湿棉花中的水分早已挥发没有了，导致水蒸气量不足，产生的氢气量极少，现象不明显。 （２）在加热过程中，湿棉花中的水会成滴流向试管中间加热部
位，由于试管中部温度较高，很易导致试管炸裂，实验不安全。 ２．产物的检验
教材中用点燃氢气泡的方式来检验产物是否为氢气，在实际操作过程中发现，由于产生的氢气量少，气泡很难被点燃，实验过程中也鲜有淡蓝色的火焰，无法检验产生的是氢气。
由于湿棉花中的水分挥发较快，在文献中，有用给装有水的烧瓶或大试管加热［３］，以提供持续稳定的水蒸气流，作为水蒸气的发生装置，但是由于产生的水蒸气过多水蒸气流较大，易导致试管炸裂，且导致产生的氢气浓度下降，现象也不明显。
对此实验很多教师都给予了关注，大多都是对水蒸气的产生进行了改进，采用固－固加热的实验装置，即用一种在加热条件下能产生或提供持续水蒸气流的固体与铁粉混合，在加热条件下反应，由固体受热提供水蒸气再与铁粉反应效果较好。实验装置如图２ 所示。文献主要选取了以下几种固体：湿沙子［４］，湿粉笔头［５］，硫酸铜晶体［６］， 氢氧化钙固体［６］经过查阅文献及实际操作验证：选用氢氧化钙和铁粉混合加热时实验现象明显，安全性高，效果最好。 二、实验改进
１．对实验产物检验的改进
教材中用点燃氢气泡的方式来判断是否产生了氢气，在实际操作过程中发现，由于气体量少，气泡很难被点燃，也看不见淡蓝色火
焰［７］。针对这个问题，我们选择用小试管（１０×７５ｍｍ，或离心管），用排水法收集气体，收集满气体之后，将试管倒扣在水槽中一段时间，让气体中水蒸气充分冷凝，以提高氢气的纯度。通过验纯的方式（即是否有爆鸣声）来判断是否产生了氢气。（如图２装置）
２．对药品用量和加热条件进行了探索
在实验过程中我们发现药品的比例不同，反应的快慢、产生气体的速度以及气体的量都不一样。同时，由于这个实验各个学校实验条件不同，可以选择不同的加热条件，以达到最佳效果。另外，我们又做了系列对比实验，探究加热装置、反应物比例对实验的影响。 氢氧化钙和铁粉质量比不同、加热条件不同时，实验现象对比如表中数据：
对比表中实验现象可知：选择用酒精灯加热，当氢氧化钙与铁粉的质量比为１．０∶１．０时（质量各为１．０ｇ）时效果最佳。预热时，导管口有气泡冒出，待受热均匀后，用外焰集中给药品部分加热，大约一分钟左右，大试管中间部分出现水珠，约一分半钟，导管口开始有气泡产生，用事先装满水的小试管去收集产生的气体，前后共收集了两小试管，收集满气体后，将试管倒扣在水槽中一段时间（让气体中的水蒸气充分冷凝，变成水以提高氢气的纯度）再用大拇指堵住试管口将试管移至火焰上方验纯，第一支试管出现爆鸣声（收集过早，氢气浓度太低），第二只试管中气体爆鸣声明
铁与水蒸气反应实验条件的探究
