《初中化学课件实验探究铁的化学性质》.ppt

*************************************实验五：所需器材加热装置酒精灯或本生灯，提供高温环境反应管硬质玻璃管，能承受高温水蒸气发生装置蒸馏烧瓶和导管气体收集装置排水集气装置，收集氢气进行铁与水蒸气反应实验，需要以下主要器材：细铁粉（提高反应效率）；硬质玻璃管（作为反应管，能承受高温而不软化）；水蒸气发生装置（蒸馏烧瓶、加热器和导管）；温度计或温度传感器（监测反应温度）；排水集气装置（收集产生的氢气）；石棉网和铁架台（支撑和保护反应管）。实验前需要检查所有玻璃器皿是否完好无损，确保导气管连接紧密不漏气。由于实验涉及高温和可燃气体，必须做好安全防护，包括佩戴耐高温手套、防护眼镜，并确保实验室通风良好。实验五：操作步骤装置组装将硬质玻璃管固定在铁架台上，管中间部位放入适量细铁粉（约2-3克）。一端连接水蒸气发生装置，另一端连接排水集气装置。预热处理先用酒精灯或本生灯对装有铁粉的玻璃管部分进行预热，使管内温度升至约500℃，同时缓慢加热水蒸气发生装置，准备产生水蒸气。通入水蒸气当玻璃管充分加热后，调整水蒸气发生装置，使水蒸气稳定地通过装有热铁粉的玻璃管。确保水蒸气流速适中，不要过快或过慢。4收集气体使用排水集气装置收集从反应管另一端逸出的气体（氢气）。可同时准备一支点燃的木条，测试收集到的气体是否为氢气。在整个实验过程中，要密切关注温度变化和反应情况。如果水蒸气供应过快，可能会导致玻璃管温度迅速下降，影响反应速率；如果温度过高，可能会导致玻璃管软化变形。要保持水蒸气的稳定供应和适当的加热强度，确保反应顺利进行。实验五：现象观察铁粉的变化实验开始前，铁粉呈灰黑色，细小颗粒状。随着水蒸气的通入和反应的进行，铁粉逐渐变成深黑色，体积略有膨胀。这种颜色变化表明铁已被氧化成四氧化三铁(Fe?O?)。仔细观察，可以发现变黑的铁粉表面有细微的闪光，这是形成的氧化物结晶体反射光线所致。反应后的产物具有磁性，可以被磁铁吸引。气体产生情况当热铁与水蒸气接触后，从反应管的出口可以观察到气泡稳定地产生并通过导管进入收集装置。这些无色气体便是反应生成的氢气。用点燃的木条靠近收集到的气体，会发出轻微的啪声，并带有淡蓝色火焰，这是氢气燃烧的特征反应，证实了产生的气体确实是氢气。气体的产生速率与水蒸气通入速度和反应温度密切相关。在整个实验过程中，可能还会观察到少量水蒸气在反应管冷却部分凝结成水滴。这是未参与反应的水蒸气冷却所致，不是反应产物。反应持续一段时间后，如果铁粉表面全部被氧化物覆盖，反应速率会逐渐减慢，气泡产生速度也会相应减少。实验五：化学方程式反应物铁(Fe)和水蒸气(H?O)1反应过程高温下的氧化还原反应产物四氧化三铁(Fe?O?)和氢气(H?)3平衡方程式3Fe+4H?O=Fe?O?+4H?↑铁与水蒸气在高温条件下反应的化学方程式为：3Fe+4H?O=Fe?O?+4H?↑。这是一个氧化还原反应，其中铁被氧化，氢被还原。从电子转移的角度看，铁原子失去电子被氧化成铁离子（Fe2?和Fe3?的混合物，存在于四氧化三铁中），而水中的氢离子得到电子被还原成氢气。四氧化三铁(Fe?O?)实际上是氧化亚铁(FeO)和氧化铁(Fe?O?)的混合物，可以写成FeO·Fe?O?。在这个反应中，一些铁原子被氧化成+2价（Fe2?），另一些被氧化成+3价（Fe3?）。整个反应中，铁的平均氧化态发生了变化，体现了氧化还原反应的本质。实验五：结论反应条件需要高温（约500℃）水必须以气态形式参与铁表面积越大，反应越快反应本质典型的氧化还原反应铁被氧化，氢被还原验证铁的活动性强于氢实际应用工业制氢的一种方法高温水蒸气对铁制容器的腐蚀某些冶金工艺中的原理通过实验，我们验证了铁在高温条件下能与水蒸气反应，生成四氧化三铁和氢气。这一反应证明了铁的活动性强于氢，符合金属活动性顺序的规律。反应需要较高的温度，这表明活化能较高，反应不易自发进行。这个实验结果有重要的实际意义。例如，早期蒸汽机锅炉在高温条件下，锅炉壁的铁会与水蒸气反应，不仅腐蚀锅炉，还产生氢气，增加爆炸风险。现代工业中，这一反应被用于某些特殊条件下的制氢方法。在钢铁热处理过程中，这种反应也需要被考虑，以防止材料性能劣化。实验六：还原铁的氧化物冶金应用本实验模拟了冶铁的基本原理，展示了如何从铁的氧化物中提取单质铁，这是人类最早掌握的冶金技术之一，对人类文明发展具有重大意义。还原过程碳作为还原剂，在高温下夺取铁氧化物中的氧，将铁离子还原为单质铁。这一过程展示了氧化还原反应中电子转移