-氧化铁还原反应-实验的改进

“氧化铁还原反应”实验的改进1、沪教版九年级化学上册第5章第2节“铁的冶炼合金”中，“一氧化碳与氧化铁的反应”的演示实验，教材是这样设计的：在如图1所示的硬质粗玻璃管中，放入少量氧化铁粉末，先通入一氧化碳，排出装置内的空气后加热氧化铁，当红棕色粉末变成黑色时停止加热。试管内物质冷却后。停止通入一氧化碳，观察石灰水有什么变化。把得到的黑色粉末倒在白纸上观察，试验它能不能被磁铁吸起，判断反应中生成了什么物质。改进背景2、对该实验的演示情况，发现平时上课按教材的设计进，行演示的教师较少，甚至有的教师从教多年，从未做过该实验，一直是“说”该实验。即使有的老师为了开课，硬着头皮做了该实验，也还是心惊胆颤。尽管经过“煎熬”得到了具有磁性的黑色粉末，往往还会受到评课教师的质疑：你得到的果真是铁粉吗？黑色的四氧化三铁也是具有磁性的！为何教师对该实验如此“恐惧”。1、分析主要有以下三个原因：（1）一氧化碳是无色无味且有剧毒的气体，若实验中有漏气或尾气处理不当，必然会污染大气，甚至危及师生健康。（2）一氧化碳有可燃性，在空气中其浓度达到12.5%~74%时，有爆炸的危险。（3）该实验所得黑色粉末能被磁铁吸引，但加入盐酸或硫酸铜溶液却无明显现象，说明得到的并非铁粉。分析原因2、针对问题（3），已有老师做了改进比如“只要控制好加热时间和通一氧化碳时间这2个条件，用酒精灯加热就能将氧化铁还原为铁”，但实验所用器材大多是自制的，并且对操作要求极高，不便于推广。本文设计了一套能避免以上缺陷的实验改进装置。改进说明：（1）用甲烷取代一氧化碳作还原剂；（2）加热氧化铁的仪器由酒精灯改为酒精喷灯；（3）直硬质粗玻璃管两端的橡皮管上各增加一个止水夹（图中未画出）。实验装置图及说明1、原料准备（1）把无水醋酸钠放在蒸发皿里加热融化，除去水分；给碱石灰加强热，冷却后分别研细密封保存备用2、实验操作及现象

（1）检查装置的气密性。（2）在硬质试管里依次加入3g无水醋酸钠、2g碱石灰，不必混合；在硬质粗直玻璃管中加入0.5g氧化铁粉末并平铺开。实验步骤及现象（3）按图2所示连接好实验装置。（4）加热试管制取甲烷,石灰水中可见均匀连续的气泡，在尾气处验纯后点燃气体，可见蓝色的火焰。（5）用酒精喷灯加热氧化铁，石灰水变浑浊、固体粉末由红棕色逐渐变成黑色。

（6）停止加热硬质粗直玻璃管，并迅速夹紧直玻璃管两端的止水夹，同时断开进气管，停止加热制取甲烷。（7）硬质粗直玻璃管冷却后，用磁铁吸引，并把所得黑色粉末分成2份，向其中一份加入稀盐酸，发现有许多小气泡冒出，向另一份加入硫酸铜溶液，发现黑色粉末逐渐变成红色固体。

文献资料显示：用一氧化碳还原氧化铁时，当温度高于300℃，Fe2O3容易被还原成Fe3O4；当温度高于600℃，Fe3O4才容易被还原成FeO；只有当温度高于700℃，FeO才可以大量还原成单质Fe。在实验室用酒精灯加热(400℃~500℃)的实验条件下，还原产物的主要成分是有强磁性的黑色Fe3O4，另含少量FeO和极少量的单质Fe。实验条件分析用甲烷还原氧化铁时，只有当温度达到770℃以上时，氧化铁中的晶格氧才近耗尽，出现金属铁。因此，无论是用一氧化碳还是用甲烷作还原剂，改用酒精喷灯加热氧化铁是很有必要的，既可缩短反应的时间，又能得到可以被磁铁吸引且与稀盐酸反应能产生大量小气泡的黑色粉末，从而得出有单质铁生成的科学结论，就可避免把四氧化三铁当成铁的错误结论了。

（1）甲烷的爆炸极限为5%~15%，相对一氧化碳的要小的多，安全性好。（2）制取甲烷是加热固体制取气体，是初中学生熟悉的制气方式且无危险药品。而一氧化碳通常是用浓硫酸和甲酸以适当比例混合加热的方法来制备的，学生会感到陌生且浓硫酸有强腐蚀性。（3）改进后使用无毒的甲烷气体更环保。（4）在直玻璃管两端的橡皮管上各加一个止水夹，当观察到红棕色的粉末变成黑色后，可及时夹紧止水夹，隔绝空气，无需一直通气到直玻璃管冷却，因此既节能又省时。（5）所用仪器及药品均为中学实验室所常见的，有利于普遍的推广。实验的优点（1）制取甲烷的试管口要略向下倾斜。（2）制取甲烷时先从试管底部加热，然后慢慢向前移动，反应后加热的温度要低，不宜加热过猛或时间过长（可以适当把酒精灯移开一会），否则，会发生副