前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的铁粉与水蒸气反应实验设计，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
摘要：在化学实验中，铁粉和水蒸气的化学实验一直是难度较大的实验之一。在该实验中，需要很好的控制反应温度与水蒸气的关系。在水蒸气过多的情况下，如果加热过量，会导致铁粉湿度增加，带走大量化学反应需要的热量，使此次试验难以正常进行。同时，如果在此次试验中水蒸气的量太小，会降低化学反应的速率，在反应中产生的氢气难以达到收集的要求，甚至检测不到氢气的存在。所以在铁粉和水的化学实验中，化学反应的温度和水蒸气的量直接影响化学反应的成败。
关键词：铁粉；实验；水蒸气
人教版高中化学必修1中第三章第一节“金属的性质”中“铁与水蒸气反应”的实验，实验装置包括水蒸气发生装置、铁粉与水蒸气反应装置、氢气检验装置三个部分。铁与水蒸气的实验在教材中的是铁作为一种活泼金属的有力证据，但根据教科书的实验设计，其成功率并不高。经过反复实验，我们发现，用胶头滴管作为水的来源和吸水棉作为水的载体，改进的实验装置简单、方便、安全，实验现象明显，成功率更高。因此，为了使这个实验更加的成功，通过铁粉能与水蒸气反应的实验认识到铁单质是一种活泼的金属，因此笔者通过反复的实验来确定各种实验装置、实验药品以及实验用量，以改进调整整个实验过程，以达到实验目的。
1实验装置
还原铁粉、导管、橡皮塞，脱脂棉、带导管的橡胶塞、、蒸发皿、铁架台（带铁夹）、酒精灯（带防风罩）、肥皂液、水、火柴、石棉网。
2实验图示与实验原理
3实验步骤
1）在蒸发皿中放置一定量的肥皂液；2）按照实验要求安装实验器材，检查试管的气密性；3）用水将脱脂棉打湿至无法沥水状态，同时放置试管底部，保持脱脂棉达到1~2cm的实验厚度；4）用纸槽将量取的1g左右的实验还原铁粉送至试管，使还原铁粉与脱脂棉保持1~2cm的实验距离，拿取实验所需橡皮塞，将试管口封住；5）将酒精灯平放在实验平台上，盖上防风罩，将酒精灯火焰对准试管中的还原铁粉，加热2~3min；6）在橡皮塞上安装导气管，在试管壁上出现小水珠时，迅速将导气管伸入盛有肥皂液中的蒸发皿中。7）当肥皂液出现大量气泡时，将导气管从肥皂液中拔出，同时用点燃的火柴靠近肥皂泡，观察实验现象。8）实验结束时，先从肥皂液中撤出导气管，移除燃烧的酒精灯，熄灭酒精灯，同时等试管冷却后取下。
4实验结果及分析
4.1脱脂棉的量
在本次化学实验中，棉花的用量与反应的结果有很大的关联。当脱脂棉量比较少时，脱脂棉会因为高温而炭化，导致实验所需水蒸气不足，难以出现实验所需的水蒸气的量，造成本次试验的失败。同时脱脂棉也不宜过量，因为在实验中脱脂棉过量会导致脱脂棉前半部分已经炭化，但是后半部分依旧湿润，仍然不能提供足够的水蒸气供本次试验所用。因此必须选择适量的脱脂棉来进行本次实验，不能过多也不能过少。
4.2脱脂棉的含水量
在本次实验中，脱脂棉的含水量也至关重要。由于本次试验中脱脂棉与还原铁粉同处于一试管，如果脱脂棉含水量过高，在实验中水会顺着试管壁进入加热后的还原铁粉，造成试管炸裂，造成本次试验失败，同时造成不必要的实验危害。在实验中如果脱脂棉含水量过低则会影响实验所需的水蒸气，造成氢气量不足，难以检测到实验产生的气体。因此在实验中必须严格控制脱脂棉的含水量，不能过多也不能过少。
4.3铁粉用量与反应时间的关系
在本次试验中，铁粉的用量与本次试验所需时间有一定的关联性，文章经过多次反复试验，得到了相关实验数据如表1。由表1结果可知，由于反应的数据可能有误差，因此文章通过三次反应数据并记录其最后的平均值来确定最后的反应时间。当还原铁粉实验中为0.2g时，实验所需平均反应时间为83s；当还原铁粉实验中为0.4g时，实验所需平均反应时间为45s；当还原铁粉实验中为0.6g时，实验所需平均反应时间为56s；当还原铁粉实验中为0.8时，实验所需平均反应时间为83s；当还原铁粉实验中为1.0，实验所需平均反应时间为66s；当还原铁粉实验中为12g时，实验所需平均反应时间为64s；当还原铁粉实验中为1.4g，实验所需平均反应时间为58s。因此，还原铁粉的量在0.2g时可以完成本次试验，在还原铁粉的量在0.4~0.6g之间时，本次实验的所需时间最短。因此在本次实验中我们选择还原铁粉的量在0.4~0.6g之间。
4.4气泡产生的时机选择
在经过反复的实验确定，当本次实验中还原铁粉为1g时，加热试管2.3min，此时试管壁上有水珠出现，还原铁粉的中心距离脱脂棉花外沿距离为2cm，加热后观察到试管壁上有细小水滴时，导管里吹出的肥皂泡即为可以用引燃的火柴点燃的氢气。
4.5脱脂棉花外沿与铁粉中心距离与本次实验所需时间的关系
在还原铁粉用量一定时，本次试验所需的时间与还原铁粉与脱脂棉花的距离存在一定关联，相关实验数据如下：1）在实验中所需还原铁粉为0.4g时，还原铁粉与脱脂棉花的距离为2cm、3cm时，本次试验所用时间为2.7min和6.lmin。2）在实验中所需还原铁粉为1g时，还原铁粉与脱脂棉花的距离为2cm、3cm、4cm时，本次试验所用时间为2.5mi、4.6min、5.8min。3）在实验中所需还原铁粉为1.4g时，还原铁粉与脱脂棉花的距离为2cm、3cm、4cm、5cm时，本次试验所用时间为2.2min、4.1min、5.2min、8.2min。从相关实验数据中能看出来实验所需时间与还原铁粉与脱脂棉花的距离有关。当还原铁粉与脱脂棉花距离一定时，还原铁粉越多，反应所需要的时间越短。在还原铁粉实验用量一定时，还原铁粉与脱脂棉花距离缩短时，实验发生所需时间也就越短，即在实验中产生的水蒸气的量有关。
5本实验方案的优点
1）在本次实验中不需要多余的配套仪器，降低了实验中对仪器的要求，满足了基本的实验需要，反应的持续性和可控性较好。2）在实验中用脱脂棉作为水蒸气的载体，可靠性强，保障实验的安全性。其优点有以下几点：湿的脱脂棉一方面作为水源媒介提供水蒸气，另一方面又可吸水，以吸收水蒸气在试管左端冷凝形成的水珠。探索了脱脂棉的用量与含水量，用以加快反应的速率，保证了实验所需水蒸气的量，提高脱脂棉的使用效率，防止实验中液态水与高温的还原铁粉接触，从而避免了水与试管的高温部分直接接触而造成试管的炸裂。避免了实验中可能出现的危险，保证实验的安全性。采用的脱脂棉沥水后，不仅能够保证有足量的水产生水蒸气，让其与高温铁粉接触而产生较多的氢气，而且也能通过脱脂棉的含水量来控制反应进度，避免了棉花加热时的焦化现象，以使实验更具持续性与可控性。3）研究了还原铁粉的使用量，经过反复的实验探究，寻求铁粉的最佳使用量，明确铁粉的实验配比，保证还原铁粉能够与水蒸气充分快速产生实验所需的氢气，减少实验用品的浪费。4）研究了气泡点燃的时间选择，在制备气体过程中，验证气体是否为所需要的气体是非常重要的一步，在本次实验中把握好氢气的验证时机，有利于实验中效果的展示，同时保证了实验的有效性，有利于实验所需氢气的制备，保障实验的安全有效性。5）研究了还原铁粉与脱脂棉的距离，实现实验的精准化，通过不断调整脱脂棉与还原铁粉的距离，寻求最佳的反映距离，保证实验的可操作性，保证实验的严谨性。有利于相关实验的高效快速反应，将相关实验数据进一步细化。6）在实验中采用了普通的自来水作为实验药品。在实验中能明确直观看出铁粉与水蒸气的化学反应，减少实验中其他因素的干扰，适用于演示实验。7）在本次实验中制备出的气泡效果明显，有利于实验的效果演示。在实验过程中气泡的产生具有连续性，在气泡出现的过程中，如果用火柴点燃，会发出爆破声，实验声音效果明显，实验成功率高。
6实验数据分析与结论
在本次试验中，本着节约的原则，较少药品的使用与浪费，提升实验效率为目的，通过反复实验得知此类实验的还原铁粉的用量为1g，在反应中保证还原铁粉与脱脂棉保持有效距离为2cm，等到实验中试管壁中有水珠出现时，即可将导管插入肥皂液中，进行吹泡实验，当肥皂液中有大量气泡产生时，停止吹泡，并用火柴点燃相关气泡，有爆破声，说明制备的为可燃性气体氢气。同时移除酒精灯，冷却试管，将试管中的生成物溶解在稀盐酸中，同时加入少量硫氢化钾溶液，当液体变成红色时，则证明实验产物为四氧化三铁。
参考文献：
[1]宋心琦.普通高中化学课程标准实验教科书•化学1[M].北京:人民教育出版社,2007:2.
[2]曹义科.铁与水蒸气反应实验的创新改进[J].教学仪器与实验,2014(10)43.
作者:徐冰 单位:大同大学