前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的鐵粉與水蒸氣反應實驗設計，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：在化學實驗中，鐵粉和水蒸氣的化學實驗一直是難度較大的實驗之一。在該實驗中，需要很好的控制反應溫度與水蒸氣的關系。在水蒸氣過多的情況下，如果加熱過量，會導致鐵粉濕度增加，帶走大量化學反應需要的熱量，使此次試驗難以正常進行。同時，如果在此次試驗中水蒸氣的量太小，會降低化學反應的速率，在反應中產生的氫氣難以達到收集的要求，甚至檢測不到氫氣的存在。所以在鐵粉和水的化學實驗中，化學反應的溫度和水蒸氣的量直接影響化學反應的成敗。
關鍵詞：鐵粉；實驗；水蒸氣
人教版高中化學必修1中第三章第一節“金屬的性質”中“鐵與水蒸氣反應”的實驗，實驗裝置包括水蒸氣發生裝置、鐵粉與水蒸氣反應裝置、氫氣檢驗裝置三個部分。鐵與水蒸氣的實驗在教材中的是鐵作為一種活潑金屬的有力證據，但根據教科書的實驗設計，其成功率并不高。經過反復實驗，我們發現，用膠頭滴管作為水的來源和吸水棉作為水的載體，改進的實驗裝置簡單、方便、安全，實驗現象明顯，成功率更高。因此，為了使這個實驗更加的成功，通過鐵粉能與水蒸氣反應的實驗認識到鐵單質是一種活潑的金屬，因此筆者通過反復的實驗來確定各種實驗裝置、實驗藥品以及實驗用量，以改進調整整個實驗過程，以達到實驗目的。
1實驗裝置
還原鐵粉、導管、橡皮塞，脫脂棉、帶導管的橡膠塞、、蒸發皿、鐵架臺（帶鐵夾）、酒精燈（帶防風罩）、肥皂液、水、火柴、石棉網。
2實驗圖示與實驗原理
3實驗步驟
1）在蒸發皿中放置一定量的肥皂液；2）按照實驗要求安裝實驗器材，檢查試管的氣密性；3）用水將脫脂棉打濕至無法瀝水狀態，同時放置試管底部，保持脫脂棉達到1~2cm的實驗厚度；4）用紙槽將量取的1g左右的實驗還原鐵粉送至試管，使還原鐵粉與脫脂棉保持1~2cm的實驗距離，拿取實驗所需橡皮塞，將試管口封?。?）將酒精燈平放在實驗平臺上，蓋上防風罩，將酒精燈火焰對準試管中的還原鐵粉，加熱2~3min；6）在橡皮塞上安裝導氣管，在試管壁上出現小水珠時，迅速將導氣管伸入盛有肥皂液中的蒸發皿中。7）當肥皂液出現大量氣泡時，將導氣管從肥皂液中拔出，同時用點燃的火柴靠近肥皂泡，觀察實驗現象。8）實驗結束時，先從肥皂液中撤出導氣管，移除燃燒的酒精燈，熄滅酒精燈，同時等試管冷卻后取下。
4實驗結果及分析
4.1脫脂棉的量
在本次化學實驗中，棉花的用量與反應的結果有很大的關聯。當脫脂棉量比較少時，脫脂棉會因為高溫而炭化，導致實驗所需水蒸氣不足，難以出現實驗所需的水蒸氣的量，造成本次試驗的失敗。同時脫脂棉也不宜過量，因為在實驗中脫脂棉過量會導致脫脂棉前半部分已經炭化，但是后半部分依舊濕潤，仍然不能提供足夠的水蒸氣供本次試驗所用。因此必須選擇適量的脫脂棉來進行本次實驗，不能過多也不能過少。
4.2脫脂棉的含水量
在本次實驗中，脫脂棉的含水量也至關重要。由于本次試驗中脫脂棉與還原鐵粉同處于一試管，如果脫脂棉含水量過高，在實驗中水會順著試管壁進入加熱后的還原鐵粉，造成試管炸裂，造成本次試驗失敗，同時造成不必要的實驗危害。在實驗中如果脫脂棉含水量過低則會影響實驗所需的水蒸氣，造成氫氣量不足，難以檢測到實驗產生的氣體。因此在實驗中必須嚴格控制脫脂棉的含水量，不能過多也不能過少。
4.3鐵粉用量與反應時間的關系
在本次試驗中，鐵粉的用量與本次試驗所需時間有一定的關聯性，文章經過多次反復試驗，得到了相關實驗數據如表1。由表1結果可知，由于反應的數據可能有誤差，因此文章通過三次反應數據并記錄其最后的平均值來確定最后的反應時間。當還原鐵粉實驗中為0.2g時，實驗所需平均反應時間為83s；當還原鐵粉實驗中為0.4g時，實驗所需平均反應時間為45s；當還原鐵粉實驗中為0.6g時，實驗所需平均反應時間為56s；當還原鐵粉實驗中為0.8時，實驗所需平均反應時間為83s；當還原鐵粉實驗中為1.0，實驗所需平均反應時間為66s；當還原鐵粉實驗中為12g時，實驗所需平均反應時間為64s；當還原鐵粉實驗中為1.4g，實驗所需平均反應時間為58s。因此，還原鐵粉的量在0.2g時可以完成本次試驗，在還原鐵粉的量在0.4~0.6g之間時，本次實驗的所需時間最短。因此在本次實驗中我們選擇還原鐵粉的量在0.4~0.6g之間。
4.4氣泡產生的時機選擇
在經過反復的實驗確定，當本次實驗中還原鐵粉為1g時，加熱試管2.3min，此時試管壁上有水珠出現，還原鐵粉的中心距離脫脂棉花外沿距離為2cm，加熱后觀察到試管壁上有細小水滴時，導管里吹出的肥皂泡即為可以用引燃的火柴點燃的氫氣。
4.5脫脂棉花外沿與鐵粉中心距離與本次實驗所需時間的關系
在還原鐵粉用量一定時，本次試驗所需的時間與還原鐵粉與脫脂棉花的距離存在一定關聯，相關實驗數據如下：1）在實驗中所需還原鐵粉為0.4g時，還原鐵粉與脫脂棉花的距離為2cm、3cm時，本次試驗所用時間為2.7min和6.lmin。2）在實驗中所需還原鐵粉為1g時，還原鐵粉與脫脂棉花的距離為2cm、3cm、4cm時，本次試驗所用時間為2.5mi、4.6min、5.8min。3）在實驗中所需還原鐵粉為1.4g時，還原鐵粉與脫脂棉花的距離為2cm、3cm、4cm、5cm時，本次試驗所用時間為2.2min、4.1min、5.2min、8.2min。從相關實驗數據中能看出來實驗所需時間與還原鐵粉與脫脂棉花的距離有關。當還原鐵粉與脫脂棉花距離一定時，還原鐵粉越多，反應所需要的時間越短。在還原鐵粉實驗用量一定時，還原鐵粉與脫脂棉花距離縮短時，實驗發生所需時間也就越短，即在實驗中產生的水蒸氣的量有關。
5本實驗方案的優點
1）在本次實驗中不需要多余的配套儀器，降低了實驗中對儀器的要求，滿足了基本的實驗需要，反應的持續性和可控性較好。2）在實驗中用脫脂棉作為水蒸氣的載體，可靠性強，保障實驗的安全性。其優點有以下幾點：濕的脫脂棉一方面作為水源媒介提供水蒸氣，另一方面又可吸水，以吸收水蒸氣在試管左端冷凝形成的水珠。探索了脫脂棉的用量與含水量，用以加快反應的速率，保證了實驗所需水蒸氣的量，提高脫脂棉的使用效率，防止實驗中液態水與高溫的還原鐵粉接觸，從而避免了水與試管的高溫部分直接接觸而造成試管的炸裂。避免了實驗中可能出現的危險，保證實驗的安全性。采用的脫脂棉瀝水后，不僅能夠保證有足量的水產生水蒸氣，讓其與高溫鐵粉接觸而產生較多的氫氣，而且也能通過脫脂棉的含水量來控制反應進度，避免了棉花加熱時的焦化現象，以使實驗更具持續性與可控性。3）研究了還原鐵粉的使用量，經過反復的實驗探究，尋求鐵粉的最佳使用量，明確鐵粉的實驗配比，保證還原鐵粉能夠與水蒸氣充分快速產生實驗所需的氫氣，減少實驗用品的浪費。4）研究了氣泡點燃的時間選擇，在制備氣體過程中，驗證氣體是否為所需要的氣體是非常重要的一步，在本次實驗中把握好氫氣的驗證時機，有利于實驗中效果的展示，同時保證了實驗的有效性，有利于實驗所需氫氣的制備，保障實驗的安全有效性。5）研究了還原鐵粉與脫脂棉的距離，實現實驗的精準化，通過不斷調整脫脂棉與還原鐵粉的距離，尋求最佳的反映距離，保證實驗的可操作性，保證實驗的嚴謹性。有利于相關實驗的高效快速反應，將相關實驗數據進一步細化。6）在實驗中采用了普通的自來水作為實驗藥品。在實驗中能明確直觀看出鐵粉與水蒸氣的化學反應，減少實驗中其他因素的干擾，適用于演示實驗。7）在本次實驗中制備出的氣泡效果明顯，有利于實驗的效果演示。在實驗過程中氣泡的產生具有連續性，在氣泡出現的過程中，如果用火柴點燃，會發出爆破聲，實驗聲音效果明顯，實驗成功率高。
6實驗數據分析與結論
在本次試驗中，本著節約的原則，較少藥品的使用與浪費，提升實驗效率為目的，通過反復實驗得知此類實驗的還原鐵粉的用量為1g，在反應中保證還原鐵粉與脫脂棉保持有效距離為2cm，等到實驗中試管壁中有水珠出現時，即可將導管插入肥皂液中，進行吹泡實驗，當肥皂液中有大量氣泡產生時，停止吹泡，并用火柴點燃相關氣泡，有爆破聲，說明制備的為可燃性氣體氫氣。同時移除酒精燈，冷卻試管，將試管中的生成物溶解在稀鹽酸中，同時加入少量硫氫化鉀溶液，當液體變成紅色時，則證明實驗產物為四氧化三鐵。
參考文獻：
[1]宋心琦.普通高中化學課程標準實驗教科書•化學1[M].北京:人民教育出版社,2007:2.
[2]曹義科.鐵與水蒸氣反應實驗的創新改進[J].教學儀器與實驗,2014(10)43.
作者:徐冰 單位:大同大學