铁和水蒸气反应创新实验
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。
铁粉与水蒸气反应实验改进新法
铁粉与水蒸气反应实验改进新法作者：刘英杰来源：《化学教学》2010年第11期文章编号：1005－6629(2010)11－0012－02 中图分类号：G633.8 文献标识码：C研究金属与水的反应是研究金属化学性质的重要手段。
较高温度下铁粉能与水蒸气反应是铁为一种较活泼金属的有力证据，但该反应远没有钠跟水反应那么剧烈。
为了证明铁是一种较活泼金属，增强学生的感性认识，教材中设计了铁粉与水蒸气反应实验[1]，但该实验方法存在试管易破裂、反应速率慢、产生氢气少、实验现象不明显等不足［2］。
为此笔者在已有实验改进的基础上针对上述不足进行了深入的研究和改进，并取得了良好的效果。
1 实验装置的改进1.1实验用品玻璃管（18 mm×200 mm，可用底部破损的普通试管去掉底部做成）；自制二头酒精灯（灯芯带铁丝网罩，使火力集中并能提高火焰的温度）；铜槽（用铜片自制，四周高，中间低）；自制小水槽（用玻璃瓶代替）；铁架台；玻璃导管；橡皮塞；橡胶管；铁丝网罩（自制）；医用塑料注射器（5 mL，带针头)；半环形磁铁（废喇叭上的）；木条；棉线；粉笔头；坩埚钳；火柴。
还原铁粉；蒸馏水；洗洁精溶液（最好滴加几滴甘油，可使氢气泡增大且稳定）。
1.2实验装置改进后的的实验装置如图1所示：1.3实验步骤(1)按图1所示装配好仪器，检查装置的气密性，然后添加好药品和用品。
特别强调的是对铁粉的特殊处理：在铁粉的上方，紧贴管的外壁，用半环形磁铁吸附管内的铁粉，铁粉被磁铁吸附后呈疏松多孔的毛刷状，高度分散，其表面积是平铺时的十几倍甚至几十倍，大大增加了与水蒸气的接触面积，反应速率会大大加快，此处的改进非常关键。
(2)缓缓地推动注射器活塞，逐滴滴下蒸馏水使棉线浸润吸足为止（吸水不宜过多，以水不自动流出为宜）。
点燃二头酒精灯，先预热玻璃管，然后只加热铜槽的右半部分，约10秒钟后，再同时加热铜槽的右半部分和铁粉。
加热过程中每隔一段时间要缓缓地推动注射器活塞，给棉线补充蒸馏水（每次0.2 mL，每分钟1～2次）。
铁与水蒸气反应实验的探究
ｒｅ［Ｃａ（ＯＨ）２］＝３ｘ５６／４ｘ７４＝２１／３７；同理，如果选用
浅谈化学问题的表征形式 关于中学化学阅读理懈学习策略的思 考与研究 试述化学教学评价改革的三个动向 “酚类物质的污染”教学设计 ２１世纪几个化学前沿学科的初步探讨 浅析探索一发现教学模式在化学选修 课中的应用 中学化学实验教学与创新能力培养 化学问题的分类与“问题教学法”的 灵活实施 化学创新教学的三个关键 化学开放型试题的特点探讨 判定溶液中离子浓度关系的思考途径
将化学学习中碰到的问题与生活常识与化学知 识完美结合，生活中吸水性强的物质是学生具有的 常识，在高温时又不会发生其他干扰本实验的化学 反应．是基础的化学知识，结合起来可解决实验探 究中遇到的问题。（方案１） ２．重视基础．从基础中创新 人教版新教材选修《实验化学》中这样叙述： “美国阿波罗登月计划”总指挥韦伯在“阿波罗” 登月成功后曾说： “阿波罗计划”中没有一项新发
“引发一活动一改组”教学活动 试论问题情景式教学与科学思维方法 的培养 中学化学实验教学以学生发展为本 努力实现素质教育的重点和目标 改进教学系统结构进行化学创新教育 的初步探索
２００２／０６ ２００２／０９ ２００２／０６ ２００２／０６
２∞Ｉ／０９
２００１／１０
４．是将实验的定性和定量相结合，来选择理想 状态下的固体质量比。答案：１．３Ｆｅ＋４Ｈ：Ｏ＝Ｆｅ，Ｏ。＋
４Ｈ：ｔ
２．ｂ、ｄ或（ｃ、ｄ）；ｂ、ｄ、ｅ、ｆ或（ｃ、ｄ、ｅ、ｆ）；ｂ．如果选ａ， 反应刚开始时，产生的氢气中可能会有空气，点燃 时会爆炸，如果选Ｃ，反应即将结束时，产生的氢 气量少，不易点燃。 ３．ａ、ｂ、ｅ中任选两种，Ｃａ（ＯＨ）：或Ｍｇ（ＯＨ）：；加热 时产生水蒸气的温度较高，易和铁粉反应产生氢 气。 ４．由反应：Ｃａ（ｏｎ）２＝ＣａＯ＋Ｈ２０ ｔ，３Ｆｅ＋４Ｈ２０＝
铁与水蒸气反应演示器
铁与水蒸气反应演示器广西玉林市第一中学牟崇甡一、研究背景铁的性质…实验4－8‟铁与水蒸气反应的演示实验装置如图1所示。
存在问题：12、操作复杂，费时费力；3、试剂用量多，喷灯噪音大；4、现象不明显。
二、研究思路15×100mm的试管代替水和烧瓶，用两支15×130mm的玻璃管分别代替燃烧管和干燥管，用电加热代替酒精(喷)灯加热，研制成一个较完善的教学仪器“铁与水蒸气反应演示器”如图2所示。
填补了该项实验仪器的空白。
三、工作原理：利用电热管外(低温)利用电热管内(高温)加热还原铁粉，使铁与水蒸气图2 反应生成氢气。
四、制作材料：300mm×100mm铝板1块、180mm×100mm铝板2100mm×80mm绝缘隔热板1块、180mm×100mm网1块、电热管1只、电子定时器1个、开关1灯泡2个、插头1个、15×100mm试管1支、15玻璃管2支、尖嘴管1支、0号胶塞5个、φ导线、12号元线、螺丝及螺钉若干。
五、制作方法1、把试管、玻璃管、胶塞制成如图32、把电热管固定在绝缘隔热板上，如图4；3、把铝板制成盒子，并把绝缘隔热板安装在中部如图5；4、把定时器、开关、指示灯泡安装在盒子正面，把图3装在盒子上，盖上保护网，即制成“铁与水蒸气反应演示器”如图2图4 图5六、使用方法1、在15×150mm试管中放入一小团湿润棉花(挤干无滴水为宜)；2、在15×130mm玻璃管一端塞上一小团石棉绒，装入10克还原铁粉，再塞上石棉绒；(铁粉部位一定要留有空隙，让水蒸气通过，并能防止铁粉受热胀大玻璃管，拔不出来)；3、用帶胶塞的U型导管将装有棉花的试管和装有还原铁粉的玻璃管连接起来；4、另一支15×130mm玻璃管一端塞上一小团石棉绒，装入10克干燥剂，再塞上石棉绒；5、把装有还原铁粉的玻璃管插入电热管中，装有湿润棉花的试管同时插到电热管上方，另一端用带胶塞的直角玻璃导管与装有干燥剂的玻璃管连接(垂直向上)，再塞上带胶塞的尖嘴玻管；6、插上电源，设定时间3～4min，打开开关，加热指示灯亮，到时间加热指示灯灭，停止加热，同时，点燃指示灯亮，提示可点燃氢气，并能继续燃烧1～2min，现象十分明显，成功率100％。
人教版高一化学必修一教学课件《铁与水蒸汽反应》 (共22张PPT)
九、自我评议
1、成功率100%，速度快。 2、装置简单、操作简便。不需要酒精喷灯，直 接用酒精灯就可以达到目的。 3、原料性强。 ⑴改变产生水蒸气的方式。利用五水硫酸铜分解产 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水存在，实现对反应的控制。
酒精灯
八、实验效果：
2min左右可看到平稳的气流，点燃水面上的气 泡可观察到爆鸣声，重复多次后爆鸣声越来越小， 说明氢气已比较纯净。 反转导气管，吹气泡，可以观察到气泡飞起， 可重复多次进行观察。 反应后的固体：尾部为白色和蓝色固体，中部 为黑色固体。
CuSO4·5H2O = CuSO4+5H2O 高温 3Fe+4H2O(g) = Fe3O4+4H2
五、实验用品
实验用品:试管 、自制防风灯罩、酒精灯、导 气管、铁架台、蒸发皿、木块、火柴、木条、 烧杯、棉花
实验药品:还原铁粉、五水硫酸铜晶体、含洗洁 精的水
六、实验装置
胆矾 铁粉
加有洗洁 精的水
酒精灯
防风 灯罩
酒精灯
七、实验过程：
取一定量的五水硫酸铜粉 末平铺试管底部，再将一定量 的还原铁粉平铺试管中部，先 预热试管，再用带防风灯罩的 酒精灯加热铁粉，然后用普通 酒精灯加热五水硫酸铜粉末，酒精灯 将反应产生的气体通入加有洗 洁精的水中，观察到大量气泡 产生，用燃着的木条靠近水面 的气泡。反转导气管，继续用 产生的气体吹气泡。
四、实验创新与改进之处：
1、改变加热方式 (2)分隔开，先后加热 如果将产生水蒸气的物质和铁粉混合加热， 水蒸汽会提前逸出，铁与水蒸气反应的机会减 少，因此选择分开加热，先加热铁粉，再加热 五水硫酸铜，减少水蒸气的浪费，提高利用率。
四、实验创新与改进之处：
高中化学《铁与水蒸气反应实验创新》
铁与水蒸气反应实验创新实验原理：实验教材分析：该实验是人教版《化学必修1》第三章第一节的内容，这是一个科学探究实验，是高中化学教材中用以说明铁是一种较活泼金属的例证。
是中学化学的重点难点之一，也是常考的热点之一。
实验器材：铁粉、氢氧化钙粉末、酒精喷灯、铁架台、硬质具支试管、洗耳球、泡泡发生器、木条。
实验教学目标：1、知识与技能：培养学生的观察力和动手操作的能力。
通过探究，开发学生创新意识，培养学生创新思维能力。
2、过程与方法：以提问的方式，增加学生的探究意识。
让学生根据实验现象，学会分析问题、合作学习最后再提出方案解决问题。
3、情感态度与价值观：通过动手操作，让学生在实验中体验化学，提高学习化学的积极性，并爱上化学。
实验教学重难点：1、实验的改进。
2、实验原理的推断。
学情分析：1、心理方面：现在的学生接受的思想是多元化的，头脑中没有太多的条条框框，有强烈的好奇心，旺盛的求知欲。
2、能力方面：已经具备一定的操作能力，拥有敏锐的观察力，对事物有他们独特的见解。
3、知识方面：前面刚刚学习了活泼金属钠与水的反应。
有一定的化学知识储备和操作常识。
教法学法：利用由旧引新、以旧带新，实验促学法，情景激学法，探究归纳等教学方法，让学生以阅读、总结归纳的形式学会自主学习，以实验、讨论的方式进行合作学习，通过观察发现问题并解决问题的方式进行探究学习。
实验教学过程：本次实验教学分为四个过程：1、课本实验。
2、发现问题，设计实验。
3、创新实验，解决问题。
4、拓展探究，归纳实验原理。
一、课本实验：此处以回顾活泼金属钠与水的反应作为对比，从而引入较活泼金属铁与水反应，并让学生按课本要求完成该实验。
二、发现问题，设计实验。
通过学生在实验过程中出现的问题，以提问的方式引发学生思考，并要求学生通过讨论，设计解决方案，完成实验的创新。
第一个问题，试管破裂。
以提问的方式“试管为何会破裂呢？”引发学生思考，通过讨论给出合理的解释。
试管破裂的猜想原因：猜想一：棉花中水太多，蒸发后冷凝，使试管破裂。
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。
铁粉与水蒸气反应的实验设计与改进
铁粉与水蒸气反应的实验设计与改进作者：张艳红匡传荣来源：《化学教与学》2015年第03期摘要：人教版教材中铁与水蒸气实验是铁作为活泼金属的有力证据，但按教材的实验设计进行操作成功率不高。
经反复实验探究，通过采用胶头滴管作为水源，脱脂棉作为水的载体，改进的实验装置简单、实验操作方便安全，实验现象明显，成功率更高。
关键词：铁粉；水蒸气；水源文章编号：1008-0546（2015）03-0088-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B一、问题提出背景人教版高中《化学1》第三章第一节“金属的性质”中“铁与水蒸气反应”的实验[1]，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。
笔者按照教材的实验装置经过反复实验发现原实验棉花碳化现象严重、产生的氢气量少，实验现象非常不明显，实验成功率很低。
分析原因发现该实验是固体铁粉与气态水蒸气的气固异相反应，该反应难度较大；其次水蒸气遇冷极易液化难以参加反应。
具体来说就是湿棉花提供的水蒸气还未与铁粉反应就已扩散，遇冷的试管壁液化。
所以保证足量的水蒸气与铁粉充分接触是本实验成败的决定因素。
目前针对该实验的改进方案颇多，主要集中在水蒸气的发生，改进思路包括两方面。
一是实验药品的选用，如将自来水改为吸水的红砖粉末[2]、湿沙子[3]、粉笔碎屑或粉末、泡沫塑料、Mg（OH）2、Ca（OH）2[4]、胆矾[5]等。
上述改进方法通过改变水的载体，达到了预期的实验目的。
但在实际教学过程中教师需要对新引入的载体如红砖、沙子、粉末等具体的成分，在反应过程中各物质的变化，分解温度等问题进行必要的解释和讨论，从而加重了学生的学习负担，也冲淡了本实验的实验目的。
二是水蒸气发生装置仪器的改进。
如将湿棉花改为用试管装水[6]、注射器、铜槽、二头酒精灯[7]等。
试管装水提供水蒸气虽然增加了水蒸气的量，但同时水蒸气冷凝的面积也增加，水蒸气产生的效率实质并没有增加。
用注射器提供水源理论可行，但实际操作时由于注射器推动阻力大，使注射器内的水较难推入到试管中。
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教师引导：1.能否简化上述装置的三个部分在 个仪器中进行（利用仪器特点）。 2.能否收集较少气体，将其点燃现 象明显。 3.能否将加热装置改进减小噪音及 实验成本。
改进实验可能涉及到的实验仪器及药品：(学 生自选） 铁架台、酒精灯、自制灯罩、具支试管、 试 管、橡胶管、小烧杯、导管、磁铁、自制起 泡器、小毛刷、自制起泡液、钥匙、纸槽、 火柴、棉花、铁粉、发泡剂 教师指导学生组装实验仪器并操作：
二：教学重点和难点 重点： 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。 难点： 成功的完成铁和水蒸气实验
三.教学设计： 导入：上本节课之前，已经将铁与水 蒸气反应的方程式讲了，请学生看下面设 计实验装置，使还原铁粉与水蒸气反应。 并提问大家：整套装置应包括哪几部分？
设计： 纪 岩 指导： 刘国玲 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。 情感态度价值观目标： 培养学生实验创新意识和严谨的科学态度。 能力目标： 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。
引导学生回答： 该装置有三部分组成：水蒸气提供装置 ， 水蒸气和铁反应的发生装置，氢气的收集 装置。
引导学生分析装置： 1.仪器繁多，笨重，组装麻烦； 2.操作复杂，费时费力； 3.试剂用量多，喷灯噪音大； 4.现象不明显； 5.不适合教师演示、学生分组。
重点升华：同学们能否将该实验装置简化，操 作安全且现象明显！
五.教学反思 新课程标准特别提出：一是体验科学探究 的过程和问题意识的培养，二是化学学习 的方法和终生学习能力的培养。所以在进 行这节课的教学活动时我也始终贯彻这两 点。这节课激发了学生对实验很高的兴趣， 最重要的是让学生体会了科学探究的过程， 让它们的思维和实践有了一次强烈的碰撞， 坚定了他们进行科学探究的信心。
实验内容设计： 高温 1.实验原理： 3Fe+4H2O==Fe3O4+4H2 2.实验目的：铁和水蒸气反应 3.实验仪器及药品：铁架台、酒精灯、自制 灯罩、具支试管、磁铁、自制起泡器、小毛 刷、自制起泡液、钥匙、纸槽、火柴、棉花 、铁粉、发泡剂
实验操作： （1）连接实验装置，检查装置气密性，添加药
品，用磁铁疏松铁粉。 （2）点燃酒精灯，加上灯罩，预热。 （3）实验进行1-2分钟，在支管口涂上发泡剂， 带产生气泡用起泡器持起气泡，移至酒精灯火 焰处，未听到爆鸣声。待实验进行4-5分钟左右， 再次重复（3）中操作则听到爆鸣声。用起泡器 持起气泡能在空中飘起！ （4） 先熄灭酒精灯，待硬质具支试管冷却后，取 少量黑色固体产物于试管中，再加入少量的盐酸 溶解，再加入一定量的KSCN溶液，溶液变红，则 证明该产物为四氧化三铁。
优 化 后 的 实 验 装 置
实验评价 1.装置简单，点燃单个气泡操作安全，试剂 用量少。 2.视觉、听觉现象明显，有利于启发学生从 感性认识上升到理性认识。
3.趣味性强，成功率高，便于教师演示实验 和学生分组实验。
不足之处请各位专家批评指正！
谢谢！