铁粉与水反应装置的改进和固体产物的测定
ISSN1672-1438CN11-4994/T2011年第14期总第126期
铁粉与水反应装置的改进和固体产物的测定
黄治香 鲍正荣 张 娟
人教版《化学(必修1)》“铁与水蒸气反应”实验的装置虽简单,但加热时棉花很容易烧焦,实验成功率低。经过笔者的多次实验探索,认为该实验成功的关键是：需要水蒸气的温度高,流速快,流量大。实验发现用自制的弯头硬质试管作反应仪器可提供温度高,流速快,流量大的水蒸气。利用X射线衍射(XRD)测定反应的固体产物。
可听到较小的爆鸣声。
(6)实验完毕,先撤导气管,再撤加热水处的酒精灯,等试管内的冷凝水蒸发干时,再撤铁粉处的酒精灯。
四、固体产物的检验
用D/MAX Uitima IV X-射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)测定分析了反应产物,经X-射线衍射图谱分析,固体产物有未完全反应的铁粉和生成物四氧化三铁(如图2所示)
。
一、实验原理
该实验需要2～3mL水和0.4～0.6g还原铁粉反应,用长的硬质试管自制成弯头试管作反应器,只需1个铁架台,将水蒸气的发生装置与铁粉反应装置合二为一,装置简单,操作方便。
二、实验仪器及装置(如图1所示)
D/MAX Uitima IV X-射线衍射仪、铁架台、弯头试管、酒精灯(带风罩)
、玻璃纤维、还原铁粉、水。
图2 固体产物X-射线衍射图谱
五、实验结果及讨论
(1)用弯头试管作反应器,使水蒸气发生装置与铁粉反应装置合二为一,水蒸气到达炽热铁粉处的时间短,温度高,大大缩短了反应时间。
(2)玻璃纤维可挡住瀑沸水,冷凝水与高温试管相遇,从而避免试管破裂。
(3)用玻璃纤维作载体,增大了铁粉与水蒸气的接触面积,加快了反应速率。
(4)同时加热铁粉和水,缩短了反应时间。很多人认为应先加热水至沸腾,让产生的水蒸气赶走玻璃管的空气,再加热铁粉已防止铁粉被氧化。经XRD鉴定分析,生成物只有Fe3O4,并无FeO和Fe2O3生成。很显然,两个酒精灯加热时可在几秒内赶尽试管内的空气,而此时并未达到铁和氧气反应的温度。
(5)该反应中,铁粉作为还原剂,理论上可被氧化生成FeO,Fe2O3和Fe3O4。而这3种物质很难用化学方法鉴别,所以用X射线衍射(XRD)测定生成物。经XRD图谱分析,确证生成物只有Fe3O4。
通过实验,探索出该实验成功的关键：水蒸气温度高,流速快,流量大,防止瀑沸水、冷凝水与铁粉相遇。
注：A—玻璃纤维；B—还原铁粉；C—微型酒精灯。
图1 铁粉与水蒸气反应
三、实验过程和方法
(1)取2～3mL水于试管中,塞约2cm(上下各1cm)长的玻璃纤维于试管拐弯处,用少许玻璃纤维作载体附着0.4～0.6g还原铁粉,装入试管内壁,按图1所示,连接好反应装置。
(2)用酒精灯给水加热,接着用带风罩的酒精灯给还原铁粉加热。
(3)待水沸腾时(铁粉表面大部分已红热),改用小火加热,使水保持微沸状态。
(4)收集气体。待导管放出的气泡较细小时(水沸腾约半分钟后),用试管排水取气法收集10mL气体。
(5)检验氢气。用拇指堵住管口,移动到灯焰处松开,
稿件编号：P1103066
作者简介：黄治香，在读硕士研究生。作者单位：西华师范大学化学教育研究所。
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2011年7月