-氧化鐵還原反應-實驗的改進

“氧化鐵還原反應”實驗的改進1、滬教版九年級化學上冊第5章第2節(jié)“鐵的冶煉合金”中，“一氧化碳與氧化鐵的反應”的演示實驗，教材是這樣設計的：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，判斷反應中生成了什么物質(zhì)。改進背景2、對該實驗的演示情況，發(fā)現(xiàn)平時上課按教材的設計進，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，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。本文設計了一套能避免以上缺陷的實驗改進裝置。改進說明：（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氣體，可見藍色的火焰。（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。

文獻資料顯示：用一氧化碳還原氧化鐵時，當溫度高于300℃，F(xiàn)e2O3容易被還原成Fe3O4；當溫度高于600℃，F(xiàn)e3O4才容易被還原成FeO；只有當溫度高于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，只有當溫度達到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，既可縮短反應的時間，又能得到可以被磁鐵吸引且與稀鹽酸反應能產(chǎn)生大量小氣泡的黑色粉末，從而得出有單質(zhì)鐵生成的科學結(jié)論，就可避免把四氧化三鐵當成鐵的錯誤結(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比例混合加熱的方法來制備的，學生會感到陌生且濃硫酸有強腐蝕性。（3）改進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，反應后加熱的溫度要低，不宜加熱過猛或時間過長（可以適當把酒精燈移開一會），否則，會發(fā)生副