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日实验目的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。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置”的实验效果很不理想，故绝大部分学校几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(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置基础上做改动。（以下为文献截图与分析）对于该装置，我认为可取处很多，基本样板可以遵照这个设计展开，但是个人认为烧瓶作为水蒸气发生装置气量太大，会潮湿，空间也过大，加上烧瓶和具嘴试管之间的弯管有一定距离，水蒸气会在路途中散失过多热量，而该实验的成败关键与温度是密不可分的。该实验装置加了干燥管以及氢气检验装置，经过仔细思量并向老师咨询后，得知球形的干燥管以及大量的碱石灰确实可以去掉氢气中的水汽，但是没有考虑这个装置的气阻性，演示实验药品用量小，时间段，产生的少量气体很难通过这样的装置。而且，用氧化铜检验氢气会使装置体积增大，不符合我们探寻最佳教学演示实验装置的初衷。很明显这是一组对比试验，自变量为吸水物质，这用于探究哪种物质是最佳的水分载体再合适不过了。稳定的水蒸气，大小适中的气量以及水汽溢出的速度同样决定了实验的成败。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）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置进行调整）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，我对实验装置进行了第一次变动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。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，我对实验装置再次进行了改进由图片可以看出，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。而量筒作为集气装置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