铁与水蒸气反应实验的再设计
铁与水蒸气反应的实验创新设计
铁与水蒸气反应的实验创新设计山东省高唐县第二中学(252800)王芳超杨文良铁粉与水蒸气反应的实验是高中化学难点实验之一，教材中的实验装置如图1所示，在制备水蒸气时由于棉花沾水量难以控制导致实验成功率不高:棉花中的水太多会迅速降低铁表面温度,使反应难以进行,且气流不稳易炸裂试管;棉花中的水太少反应缓慢，产生的气体太少，难以点燃，且加热温度太高易使棉花变黑、试管炸裂等。
另外，点肥皂泡的火焰很容易被湮灭，往往需要多次点火试验。
而且一支试管同时用两个酒精灯加热,操作也有些麻烦。
针对上述问题，本文设计了一套操作简单、现象明显、安全可行的实验装置,适合学生分组实验。
改进后的实验，既解决了实验中存在的问题，又提高了学生的学习兴趣，培养了学生的实践能力和创新能力。
1实验原理用硫酸亚铁晶体代替湿棉花，用一个带有防风罩的酒精灯给铁粉加热，利用管内热量间接给易分解失水的硫酸亚铁晶体加热，提供稳定的水蒸气气流与热的铁粉发生反应，用导气管的末端粘有医用注射针头的装置在泡泡液中对产生的气体进行取泡、点燃，用针头处火焰回点蒸发皿内泡泡液的方法检验实验产生的气体(氢气)O2实验仪器及试剂试管(18mm X180mm)酒精灯，火柴，铁架台，木块，铁夹，防风罩，橡胶塞,蒸发皿，塔竭钳，玻璃弯管，医用注射器的7号针头(0.6mmX 25mm),双头不锈钢药匙，还原铁粉，七水合硫酸亚铁(FeSOq・7H2O),儿童泡泡液。
3实验步骤及现象3.1将针尖固定在玻璃弯管上提前一日在玻璃导气管末端的尖嘴处用玻璃胶粘上一个医用注射器针头，待其干燥后用来取泡、移出点燃,可防止火焰被湮灭。
3.2准备好泡泡液用儿童泡泡液产生肥皂泡,向蒸发皿中倒入约2/3体积的儿童泡泡液。
3.3加入药品连接装置用双头不锈钢药匙的大头一端先取2药匙硫酸亚铁晶体放入试管底部，将试管平拿，再取3药匙还原铁粉紧靠晶体平铺到试管中,二者不能混合。
调整酒精灯至燃烧时火焰位置在接触点偏铁粉处。
铁与水蒸气反应的实验改进
粉 笔颗粒 的蓄水 量多 ，使 反 应更 具持 续 性 。
（）改用 尖 管 导 出氢 气 ，通 过 点 燃 现象 检验 产 ２
图１
物 ，以及再 用 产生 的气 体还 原Ｃ Ｏ，出现红 色 明亮 ｕ 的 “ 铜镜 ”现象 检验 产 物 ，不仅 实验 操作 可行 ．实 验 现象也 十 分 明显 。
以下 的 问题 ：
湿 『 笔 铁粉 粉
＼
营
： —— Ｉ ； ＝
ｃ ｕ （
２
—一
①湿棉花作为水蒸气源有 以下不足 ：一是棉花
着火 点低 ，有碳 化 的可能 ；二 是不 能 直接 加热 湿棉 花 ，水 蒸气 产生太 慢 ；三是 棉 花 吸水 量过 少 ，会导 致 水蒸 气不 足无法 顺 利反 应 ，吸水 量 过多 ，会 溢 出
１ 改进 实验设计 原 理
管 中 （ 者可 接触 ，但 不 能充 分 混合 ） 两 。
（）点燃 酒 精 灯 １ 加 热 试 管 （ 预 热 ） 然 后 持 ４ ， 先 ， 续 强 加 热 几 分 钟 （ 意 ： 粉 处 也 要 升 温） ，点 燃 注 铁 后 导 管尖 嘴处 ，可 明显观 察 到氢气 火 焰 。 （）熄 灭火 焰 ，将 导管 直 接 插 入 内壁 均 匀沾 有 ５ ＣＯ ｕ 粉末 试 管底 部 。两分 钟左 右 ，即可 看 到明显 的 红 色 “ 镜 ” 现象 十 分 明显 ） 铜 （ ４ 实验 注意事 项
中 图分 类 号 ：Ｇ ３ ． ６３ ８
人教 版必 修 １ 中采 用 湿 棉 花作 为水 蒸 气 源 ，用
酒精 灯加 热还原 铁粉 的反 应 ，并 通过 氢气 肥 皂泡检
验氢 气 的产 生 ．与前 人教 版教 材 中采 用加 热水 至沸 腾 与铁反应 的实 验相 比 ，在安 全 性 、简易 性 方面有 了很 大改进 ．但 经我 们实 验后 发 现 ，实验 主要 存在
案例36 铁与水蒸气反应实验的创新设计
实验
装置
实验
步骤
及现象
1.取3药匙研细的五水硫酸铜晶体(约3g)平铺于试管底部,再将3药匙还原铁粉(约3g)平铺于试管中后部,按图所示组装好仪器,将导气管的尾端浸入含洗洁精的水中。
2.预热试管,然后用酒精灯1加热铁粉(直到导气管中开始出现倒吸现象),立即用酒精灯2加热研细的五水硫酸铜晶体,观察。几十秒后用带火星的木条靠近气泡,可听到爆鸣声。稍后再重复一次,直到声音较小。该过程不仅证明了反应产生了氢气,且说明氢气较纯,并可为后续操作做准备。
3.反转导气管,继续加热,并用洗耳球吹气泡,可以观察到气泡飞起来,可以重复多次。气泡可以飞升,展示了氢气的密度小于空气的性质,增加了趣味性。
4.加热停止后,试管尾部为白色和淡蓝色固体(没有变黑,说明硫酸铜没有分解),中部为黑色固体。
创新
设计
后的
优点
1,试剂常见,操作方便,利于学生开展实验探究,更好地展示实验现象。
案例36 铁与水蒸气反应实验的创新设计
实验名称
铁与水蒸气反应实验的创新设计
实验目的
对铁与水蒸气反应实验的创新设计，使实验具有操作更简单，现象更明显，安全性更高,创新性更强等特点。
实验原理
CuSO4·5H2O△CuSO4+5H2O
3Fe+4H2O高温Fe3O4+可以自制)、带橡皮塞的导气管、铁架台、表面皿、木块、火柴、木条、烧杯、药匙、洗耳球、石棉网。
2.氢气的验纯简单,安全性高。
3.装置的创新性强。①调整加热方式。使用两个酒精灯分别加热,其中一个加防风灯罩(也可用石棉网改造),可以防止热量散失,满足较高温度(600℃左右)的要求。②改变水蒸气的产生方式。利用五水硫酸铜晶体受热分解产生水蒸气,可以有效控制水蒸气产生,并方便从颜色变化观察是否还有结晶水存在,适时、适度地控制水蒸气的产生。③改变加热的顺序。先加热铁粉,再加热五水硫酸铜晶体,减少无效水蒸气,提高水蒸气的利用率,可以得到较多的氢气。
铁及其化合物——探究铁与水蒸气反应 教学设计 上学期高一化学人教版(2019)必修第一册
铁粉
FeO
Fe2O3
Fe3O4
Fe(OH)2
Fe(OH)3
黑色
黑固体
红棕色
黑色晶体
磁性氧化铁
白色
受热易分解
红褐色
Fe(OH)2受热易分解，说明反应也的不到Fe(OH)2。
提出假设：
铁与水蒸气高温反应产生氢气，另一个产物可能是铁的氧化物？
用小试管收集一试管气体，点燃，听到轻微噗声，证明生成了H2。
3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2
总结思考
综合应用：
铁水遇水后，为什么会引起爆炸呢？
铁与水蒸气反应生成氢气，空气中混有氢气引起爆炸。
在钢铁厂的生产中，炽热的铁水或钢水注入模具之前，模具必须进行充分的干燥处理，不得留有水。
观察反应后固体颜色是否有磁性来判断固体产物。
3.实验设计
按照以下思路设计实验：
水蒸气发生装置→主反应装置→气体检验装置
4.实验验证
讲解实验注意事项：
⑴先点燃湿棉花处酒精灯，待有水蒸气生成时，再点燃铁粉（铁粉我用钢丝棉代替，成分也是铁，可以增大接触面积使反应充分进行）处酒精灯。
⑵一段时间后用火柴点燃肥皂液，听到爆鸣声说明产生了氢气。
⑶实验结束时，先从肥皂水中撤出导管，然后熄灭钢丝棉处酒精灯最后熄灭湿棉花处酒精灯，防止倒吸。
⑷反应后试管内固体仍为黑色。等待装置冷却，将反应完后钢丝棉剪碎，用铁钉靠近固体产物观察到铁钉吸附了大量的产物。
记录实验现象：
加热时铁粉红热，用火柴点燃肥皂液，听到爆鸣声说明产生了氢气。反应后试管内固体仍为黑色，且有磁性。Fe3O4俗称磁性氧化铁，具有磁性，说明产物是Fe3O4
2.设计实验验证铁与水蒸气反应及生成物检验。
铁与水蒸气反应实验的再设计
铁粉与水蒸气反应实验的再设计一、原实验的缺陷人教版必修1课本中采用湿棉花作为水蒸气源，用带灯罩的酒精灯加热还原铁粉的反应，较旧教材中采用加热水至沸腾，用酒精喷灯加热铁粉反应的实验在安全性，简易性方面有了很大改善，但仍存在以下不足：①加热还原铁粉时，由于棉花中含水量较少，铁粉还未达到反应的温度时，棉花中的水蒸气早已溢出，无法与铁粉充分反应②由于试管口略向下倾斜，将棉花放在试管底部时，棉花中的水过早向下流动冲走铁粉，也易炸裂试管③反应时间过长，现象不明显。
针对上述问题，我对本实验进行了再设计。
二、实验仪器和实验药品实验仪器：铁架台、导气管、单孔橡皮塞、试管、湿棉花、蒸发皿、酒精灯（带灯罩）、小木棒实验药品：铁粉、肥皂水三、实验步骤1、取一支稍大一些的试管，在试管底部装入一团湿棉花，在试管中部装入稍过量的铁粉，再在试管口用一带导管的单孔橡皮塞塞住。
将试管固定在铁架台上，使试管口略向下倾斜。
另取一蒸发皿，放入肥皂水待用。
2、用带灯罩的酒精灯先加热试管中部铁粉堆积的部位，30s~40s后再用另一带灯罩的酒精灯加热试管底部棉花部位，加热时铁粉红热，刚开始导管插入蒸发皿的肥皂水中出现很多气泡，但这不是氢气泡而是空气泡。
大约两分钟左右，用小木棒点燃肥皂泡，可听到明显的爆鸣声。
四、实验装置图铁粉与水蒸气反应实验装置图五、本实验的优点1、铁粉稍过量使反应充分，迅速。
2、采用两个带灯罩的酒精灯分别加热，先加热铁粉，待接近反应温度时再加热湿棉花，使铁粉可以迅速与溢出的水蒸气充分反应，避免了水蒸气过早溢出或迟迟不溢出的情况。
3、节省了反应的时间，现象很明显。
铁与水蒸气教案
铁与水蒸气教案【篇一：铁与水蒸气反应教学设计案例】铁与水蒸气反应教学设计案例1.指导思想与理论依据在必修一第三章金属及其化合物中，铁与水蒸气的反应出现在科学探究中，体现了新课标的精神，课本要求学生设计一套简单的实验装置，使还原铁粉与水蒸气反应。
以此为依据设计这节课。
2．教学内容分析实验是化学的基础。
反应实验装置的设计是学生应逐步培养的能力。
本节课是培养学生实验设计能力的一个很好地平台，由于是高中第一节实验探究课，需要结合学生在初中学习到的一些实验装置的知识，把已经学过的零散的知识进行整合，进一步提升学生的实验能力。
3．学生情况分析学生在初中已经见过一些实验装置，比如o2、h2、co2的实验室制法，简单的性质实验，具备了完成化学实验的基本思路和方法，具备设计简单实验的能力。
这些知识都是本节课探究性学习的前提和基础。
在教学过程中，本着以学生为主体，使学生成为知识的积极构建者，主要采用让学生设计实验的方式，注重学生的能力发展。
4．教学目标设计（1）基本目标知识与技能目标：1．了解铁与水蒸气反应的原理2．设计出简单可行的铁与水蒸气的反应装置3．培养学生动手能力、观察实验、分析实验的能力，解决实际问题的能力。
过程与方法目标：1．采用实验探究法，在复习反应装置的过程中，引导学生学习科学方法，提高学生科学探究能力，充分挖掘学生的潜能，发展学生的个性和特长。
2．在教学过程中训练思维的严密性、逻辑性，培养学生分析、推理、归纳、总结的能力及小组合作能力。
情感态度与价值观目标：1．培养学生积极思考、勇于探索的优良品质。
2．培养学生重视实验的科学态度和对学科实验的兴趣。
（2）发展性目标以课本实验为依据，培养学生实验设计能力，培养学生良好的解决问题的思维习惯和提高学生的实验操作水平。
（3）教学重点的分析与确定铁与水蒸气的反应是以科学探究的形式呈现的，引导学生合作设计铁与水蒸气反应的实验装置，并进行方案评价。
由此确定教学重点：铁与水蒸气反应的装置设计。
铁与水蒸气反应的实验探究与设计
旧人 教版教材第 二册化学教 材铁与水蒸 气反应 的
实 验 装 置 如 图 １所 示 。
改 进 后 的 实 验 装 置 如 图 ３所 示 。
笔 者 认 为 该 设 计
的 问 题 有 ： 是 由 于 用 一 烧 瓶 产 生 水蒸 气 时 ， 蒸 气 流 速 太快 ， 而导 致 从 喷 灯 加 热 处 的 温 度 不 易 达 到反 应 所 需 温 度 。
养 学 生 的 创 新 精 神 和 实 践 能 力 这 一 目标 出 发 ，结 合
表 １ 制 烧 酒 的 工 艺 流 程
具体 教学 内容 的学 习 ，发 动学 生走 出教 室 ，走 向 自 然 ， 向社会 进行 调查 研究 ， 走 是利 用社 区资源 的 主要 方式 。” 者所在 学校是 一所位 于城 乡结合 部 的农村 笔
・
３ ・ ３
２１ ０ １年 第 １期
Ｓ Ｙ ＪＡ ＸＵＥＹ ＹＩ ＨＩＡＮ ＩＯ Ｕ Ｑ
传 统发 酵 技术 资源 的调 查 和 应
胡楚 明 湖 南省 武 冈市教 学仪 器 站 （ ２ ４ ０ ４ ２０ ）
罗益 群 湖 南省 武 冈市 第一 中 学（ ２ ４ ０ ４ ２０ ）
普通 高 中《 物课 程 标准 》 出 ：从 课 程重 视培 生 指 “
资源 ， 学生 一起 发掘 传统 发酵 技术 的应 用 ， 过参 与 通 观周边 小作 坊 ． 查传 统 的食 品加工 所用 的原料 、 调 设
５ ．实验 说 明
（ ） 粉 笔 要 湿 透 ， 原 铁 粉 一 定 要 放 到 湿 粉 笔 １湿 还 的 上 面 （ 将 湿 粉 笔 与 铁 粉 混 合 加 入 ） 当 水 以 蒸 气 可 ，
鉴于 以上 分 析 ， 笔者 对 该实 验 进行 了如 下 改进 ，
铁与水蒸气的反应(共6张PPT)
3Fe+4H2O(g)===Fe3O4+4H2
铁粉与水蒸气反应，应从水蒸气的产生、铁粉与水蒸气反应、反应产物的检验等环节讨论反应 装置的设计
4、金属与水反应小结
实验探究 铁与水蒸气的反应
探究实验
实验目的：
设计一套简单实验装置，探究铁与 水蒸气是否能够发生化学反应。
装置应有几部分构 成？
1、实验装置设计 注意事项：整套装置试管口应低于试管底；
2K+2H2O=2KOH+H2↑ 注意事项：整套装置试管口应低于试管底； 酒精灯应先在放湿棉花的位置上加热一会儿，待试管底部温度略高，且有部分水形成蒸气时，再将酒精灯移至放铁粉的位置加热；
3Fe+4H2O(g)===Fe3O4+4H2 铁粉与水蒸气反应，应从水蒸气的产生、铁粉与水蒸气反应、反应产物的检验等环节讨论反应装置的设计
2Al+6H20===2Al(OH)3+3H2 ↑
检验气体装置 2Al+6H20===2Al(OH)3+3H2 ↑
3、铁与水反应
观看视频，描述现象
装置设计：试管底部塞有一团潮湿的棉花，在湿棉花左边放有铁粉，蒸发皿中放肥皂水（或在水中
2Al+6H20===2Al(OH)3+3H2 ↑
制取水蒸气装置 2Al+6H20===2Al(OH)3+3H2 ↑
2Al+6H20===2Al(OH)3+3H2 ↑
Mg+2H2O===Mg(OH)2+H2↑
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铁粉与水蒸气反应实验的再设计
一、原实验存在的缺陷
人教版必修1课本中采用湿棉花作为水蒸气源，用带灯罩的酒精灯加热还原铁粉的反应，较旧教材中采用加热
水至沸腾，用酒精喷灯加热铁粉反应的实验在安全性，简
易性方面有了很大改善，但仍存在以下不足：①加热还原
铁粉时，由于棉花中含水量较少，铁粉还未达到反应的温
度时，棉花中的水蒸气早已溢出，无法与铁粉充分反应②
由于试管口略向下倾斜，将棉花放在试管底部时，棉花中
的水过早向下流动冲走铁粉，也易炸裂试管③反应时间过
长，现象不明显。
针对上述问题，我对本实验进行了再设
计。
二、实验仪器和实验药品
实验仪器：铁架台、导气管、单孔橡皮塞、试管、湿棉花、
蒸发皿、酒精灯（带灯罩）、小木棒
实验药品：铁粉、肥皂水
三、实验步骤
1、取一支稍大一些的试管，在试管底部装入一团湿棉花，
在试管中部装入稍过量的铁粉，再在试管口用一带导管
的单孔橡皮塞塞住。
将试管固定在铁架台上，使试管口
略向下倾斜。
另取一蒸发皿，放入肥皂水待用。
2、用带灯罩的酒精灯先加热试管中部铁粉堆积的部位，
30s~40s后再用另一带灯罩的酒精灯加热试管底部棉花
部位，加热时铁粉红热，刚开始导管插入蒸发皿的肥皂
水中出现很多气泡，但这不是氢气泡而是空气泡。
大约
两分钟左右，用小木棒点燃肥皂泡，可听到明显的爆鸣
声。
四、实验装置图
铁粉与水蒸气反应实验装置图
五、本实验的优点
1、铁粉稍过量使反应充分，迅速。
2、采用两个带灯罩的酒精灯分别加热，先加热铁粉，待接
近反应温度时再加热湿棉花，使铁粉可以迅速与溢出的
水蒸气充分反应，避免了水蒸气过早溢出或迟迟不溢出
的情况。
3、节省了反应的时间，现象很明显。