-氧化鐵還原反應(yīng)-實驗的改進(jìn)

“氧化鐵還原反應(yīng)”實驗的改進(jìn)1、滬教版九年級化學(xué)上冊第5章第2節(jié)“鐵的冶煉合金”中，“一氧化碳與氧化鐵的反應(yīng)”的演示實驗，教材是這樣設(shè)計的：在如圖1所示的硬質(zhì)粗玻璃管中，放入少量氧化鐵粉末，先通入一氧化碳，排出裝置內(nèi)的空氣后加熱氧化鐵，當(dāng)紅棕色粉末變成黑色時停止加熱。試管內(nèi)物質(zhì)冷卻后。停止通入一氧化碳，觀察石灰水有什么變化。把得到的黑色粉末倒在白紙上觀察，試驗它能不能被磁鐵吸起，判斷反應(yīng)中生成了什么物質(zhì)。改進(jìn)背景2、對該實驗的演示情況，發(fā)現(xiàn)平時上課按教材的設(shè)計進(jìn)，行演示的教師較少，甚至有的教師從教多年，從未做過該實驗，一直是“說”該實驗。即使有的老師為了開課，硬著頭皮做了該實驗，也還是心驚膽顫。盡管經(jīng)過“煎熬”得到了具有磁性的黑色粉末，往往還會受到評課教師的質(zhì)疑：你得到的果真是鐵粉嗎？黑色的四氧化三鐵也是具有磁性的！為何教師對該實驗如此“恐懼”。1、分析主要有以下三個原因：（1）一氧化碳是無色無味且有劇毒的氣體，若實驗中有漏氣或尾氣處理不當(dāng)，必然會污染大氣，甚至危及師生健康。（2）一氧化碳有可燃性，在空氣中其濃度達(dá)到12.5%~74%時，有爆炸的危險。（3）該實驗所得黑色粉末能被磁鐵吸引，但加入鹽酸或硫酸銅溶液卻無明顯現(xiàn)象，說明得到的并非鐵粉。分析原因2、針對問題（3），已有老師做了改進(jìn)比如“只要控制好加熱時間和通一氧化碳時間這2個條件，用酒精燈加熱就能將氧化鐵還原為鐵”，但實驗所用器材大多是自制的，并且對操作要求極高，不便于推廣。本文設(shè)計了一套能避免以上缺陷的實驗改進(jìn)裝置。改進(jìn)說明：（1）用甲烷取代一氧化碳作還原劑；（2）加熱氧化鐵的儀器由酒精燈改為酒精噴燈；（3）直硬質(zhì)粗玻璃管兩端的橡皮管上各增加一個止水夾（圖中未畫出）。實驗裝置圖及說明1、原料準(zhǔn)備（1）把無水醋酸鈉放在蒸發(fā)皿里加熱融化，除去水分；給堿石灰加強熱，冷卻后分別研細(xì)密封保存?zhèn)溆?、實驗操作及現(xiàn)象

（1）檢查裝置的氣密性。（2）在硬質(zhì)試管里依次加入3g無水醋酸鈉、2g堿石灰，不必混合；在硬質(zhì)粗直玻璃管中加入0.5g氧化鐵粉末并平鋪開。實驗步驟及現(xiàn)象（3）按圖2所示連接好實驗裝置。（4）加熱試管制取甲烷,石灰水中可見均勻連續(xù)的氣泡，在尾氣處驗純后點燃?xì)怏w，可見藍(lán)色的火焰。（5）用酒精噴燈加熱氧化鐵，石灰水變渾濁、固體粉末由紅棕色逐漸變成黑色。

（6）停止加熱硬質(zhì)粗直玻璃管，并迅速夾緊直玻璃管兩端的止水夾，同時斷開進(jìn)氣管，停止加熱制取甲烷。（7）硬質(zhì)粗直玻璃管冷卻后，用磁鐵吸引，并把所得黑色粉末分成2份，向其中一份加入稀鹽酸，發(fā)現(xiàn)有許多小氣泡冒出，向另一份加入硫酸銅溶液，發(fā)現(xiàn)黑色粉末逐漸變成紅色固體。

文獻(xiàn)資料顯示：用一氧化碳還原氧化鐵時，當(dāng)溫度高于300℃，F(xiàn)e2O3容易被還原成Fe3O4；當(dāng)溫度高于600℃，F(xiàn)e3O4才容易被還原成FeO；只有當(dāng)溫度高于700℃，F(xiàn)eO才可以大量還原成單質(zhì)Fe。在實驗室用酒精燈加熱(400℃~500℃)的實驗條件下，還原產(chǎn)物的主要成分是有強磁性的黑色Fe3O4，另含少量FeO和極少量的單質(zhì)Fe。實驗條件分析用甲烷還原氧化鐵時，只有當(dāng)溫度達(dá)到770℃以上時，氧化鐵中的晶格氧才近耗盡，出現(xiàn)金屬鐵。因此，無論是用一氧化碳還是用甲烷作還原劑，改用酒精噴燈加熱氧化鐵是很有必要的，既可縮短反應(yīng)的時間，又能得到可以被磁鐵吸引且與稀鹽酸反應(yīng)能產(chǎn)生大量小氣泡的黑色粉末，從而得出有單質(zhì)鐵生成的科學(xué)結(jié)論，就可避免把四氧化三鐵當(dāng)成鐵的錯誤結(jié)論了。

（1）甲烷的爆炸極限為5%~15%，相對一氧化碳的要小的多，安全性好。（2）制取甲烷是加熱固體制取氣體，是初中學(xué)生熟悉的制氣方式且無危險藥品。而一氧化碳通常是用濃硫酸和甲酸以適當(dāng)比例混合加熱的方法來制備的，學(xué)生會感到陌生且濃硫酸有強腐蝕性。（3）改進(jìn)后使用無毒的甲烷氣體更環(huán)保。（4）在直玻璃管兩端的橡皮管上各加一個止水夾，當(dāng)觀察到紅棕色的粉末變成黑色后，可及時夾緊止水夾，隔絕空氣，無需一直通氣到直玻璃管冷卻，因此既節(jié)能又省時。（5）所用儀器及藥品均為中學(xué)實驗室所常見的，有利于普遍的推廣。實驗的優(yōu)點（1）制取甲烷的試管口要略向下傾斜。（2）制取甲烷時先從試管底部加熱，然后慢慢向前移動，反應(yīng)后加熱的溫度要低，不宜加熱過猛或時間過長（可以適當(dāng)把酒精燈移開一會），否則，會發(fā)生副