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1、扬州大学化学实验报告课程中学化学实验研究实验课题铁粉与水蒸气反应改进与探究学号080901108姓名潘高子实验时间2011年6 月8日一、 实验目的1、通过借鉴前辈的改进方案，用实验对比，择出最优方案（实验效果好、反应速 度快、效果明显、危险性小、环保性强），使得教学演示性更佳。 2、通过对实验仪器的选择，实验方法的的挑选，让教学重点更突出，技能掌握更 牢靠，使学生对实验中涉及的仪器和方法，有更深的认识和理解。二、实验原理及操作性分析基本实验原理： 3Fe（s） + 4H2O （g） Fe3O4 + 4H2对于人教版高一化学必修课中“铁与水蒸气的反应装臵”的实验效果很不理想，故绝 大部分学校几
2、乎从不做关于铁与水蒸气实验的演示。从很早以前，教育工作者就不断 提出对该实验的改进方法，但效果如何却不得而知。我查阅了大量文献后，总结分析 实验受限的原因如下 : 第一 , 用酒精喷灯加热 , 很容易使玻璃管变形, 即使是用硬质的石英玻璃管, 间隙移动 喷灯, 玻璃管的软化、变形, 甚至破裂的情况很难避免; 而且现在学校酒精喷灯已经 不常见了。第二, 一般说来 , 只有紧贴在玻璃管壁被加热至红热的铁粉才能跟水蒸气起反应,分散 在石棉绒上的其他大量铁粉, 由于温度不够高 , 实际没有发生反应。因此, 石棉绒尽管 把铁粉分散了 , 但从效果上看是形同虚设。第三 , 烧瓶里产生的大量的水蒸气到了玻璃
3、( 反应) 管, 将会凝聚下来成为液体,这些 液体无处可流 , 只有聚积在高温玻璃管中,十有八九会导致玻璃管破裂。第四, 干燥管在这里更是名不符实。无论用哪种干燥剂所填装的干燥管, 总是用以除去 仅有的少量水蒸气气体; 在本实验条件下 , 如此大量的水蒸气 , 无论用哪种干燥剂都起 不到预想的干燥效果。由此，我决定在前辈设计的装臵基础上做改动。（以下为文献截图与分析）三、原始实验设计方案(每组实验重复测定3 次) 实验记录表格：反应时间 t/s 气体的量 V/ml 试管内现象1、粉笔2、脱脂棉3、硅胶最佳方案编号最优化原因实验总结其中 A为玻璃纤维混合还原性铁粉，用于增大粉末与蒸汽接触面积，并
4、阻止过多的冷凝水。B为吸水物质（实验分三组， 吸水物质分别为：脱脂棉、粉笔、硅胶）实验室分配的药品，如图：无水氯化钙（分析纯） 、还原铁粉、九水硅酸钠（分析纯）、粉笔、脱脂棉、玻璃纤维四、实际操作装置及实验过程第一次实验：完全遵照原始设计方案操作，整个实验过程暴露了大量问题。1、铁粉不反应（文献说明酒精灯确实能支持该反应的发生，经过与老师的讨论，猜想是水蒸气温度不够， 因为加热情况下即使温度不到100度，也有水蒸气挥发， 积聚在试管内，使铁粉潮湿结块，温度上不去。 ）2、长时间加热，试管会软化，有时不慎造成倒吸，试管破碎很多。（实验室无法提供硬质具嘴试管，故在普通硬质试管的基础上要对装臵进行调
5、整）第二次实验： 为了避免第一次实验中试管破碎以及水蒸气温度不够的问题，我对实验装臵进行了第一次变动这次实验结果较第一次好很多，反应一段时间后可见到贴近管壁的铁粉变为黑色，现象明显，但是仍旧有很多铁粉混在玻璃纤维中并不反应。第三次实验：经过思考和对比，我对实验装臵再次进行了改进这样改动使得水蒸气途经的路线延长，不够温度的水蒸气会在半路冷凝下来，而且水蒸气发生处的试管换成了硬质试管，不易破碎。最重要的是在铁粉处增加一个酒精灯进行加热，提高了铁粉温度，让反应易进行。由图片可以看出，我缩短了连接管的距离，局部放大后可知，我在两只试管外壁上裹上了保温层（内层为棉花，外层为锡箔纸），并增加了电炉在水蒸气
6、的行经道路上，其目的均是为了提高和保持温度。除此之外前后两盏酒精灯，橡皮管导出气体排水收集，均未作调整。而量筒作为集气装臵是为了更好的了解气体体积。以下陈列的是该实验所有到的所有仪器：这次实验效果非常的好，必须强调两个微小的技巧：1、吸水物质应和以煮沸的水混合后，再实验。这样不仅缩短了煮水的时间，而且避免了过多低温水汽的挥发，迅速翻滚的水汽会让反应效果更好。2、具嘴试管先微微润湿，铁粉放入具嘴试管底部后，用手转动试管，并摇晃轻拍，让铁粉尽可能均匀的粘附在试管壁上，此时再塞入玻璃丝，用以阻隔冷凝水。基于良好的实验效果，我依次用脱脂棉，粉笔和硅酸钠做了三组实验，结果如下：脱脂棉：吸水量大，但是稍有
7、不慎水分蒸干便会焦化，而且沸腾剧烈时气泡会把棉花推至管口，导致棉花和水分离，甚至棉花堵住水蒸汽出口。粉笔：吸水量一般，但不会出现焦化的问题，暴沸时甚至可充当沸石，只是实验后试管内和连接管内会残留白色固体，用清水冲洗即可干净。硅胶（实验室错提供了硅酸钠） ：直接溶解了，故无法用来实验。所以，我将粉笔作为了我选择的吸水物质，再次实验，却发现收集到的气体无法点燃，也不会爆鸣。我尝试收集了不同时间段的气体，一一检验，均以失败告终。第四次实验：通过回去查阅资料，我猜想氢气无法检验是因为气体过于潮湿。于是，我对实验装臵的排气口进行了改动。当水蒸气经过连接管进入具嘴试管后，我每隔30 秒检验一次氢气，即将收
8、集气体的量筒靠近酒精灯，均无爆鸣声响起。后来我改变方法，直接将尖嘴处对准明火，也无任何现象发生。五、实验总结与反思通过本次实验，在如下方面进行了创新： 1、试管外壁的保温层使得实验中热损失减少 2、双试管对接延长水蒸气路径防止冷凝水或低温蒸汽聚积 3、连接管处电炉保温提高了管路内水蒸汽温度 4、前后双灯加热让反应速率大大提高 5、量筒作为集气装臵让气体体积更加明确本次实验取得了如下成果： 1、改进了水蒸气与铁粉反应的装臵，让铁粉反应效率更高，速度更快。 2、找到了以前实验中铁粉不反应的原因：水蒸气气量过大 反应温度不够 反思：氢气无法检验出的原因 1、水蒸气含量过高，无水氯化钙无法让氢气彻底干燥，故难以检测 2、气体含量过少，夹杂大量空气，难以检测 3、反应产生氢气过程短暂，收集时间没有把握好如图所示，我取消了排水收集法， 将橡皮管底部的 L 型玻璃管换成了填装有无水氯化钙的尖嘴管。利用向下排空气法收集氢气。教师评语成绩教师签名
