铁与水蒸气反应手持式实验装置的设计-《化学教学》(2020年7期).docx

龙源版权所有 铁与水蒸气反应手持式实验装置的设计作者：李文杰来源：《化学教学》2020年第07期 摘要：针对教材中铁与水蒸气反应实验的不足，用弯管、套管、钢丝棉等进行手持式实验装置的设计，并借助传感器对氢气浓度进行实时测量。利用新设计的实验装置可进行课堂演示或分组实验，具有安全性高，趣味性、移动性强，视觉效果好，一体化及易推广等优点。 关键字：铁与水蒸气反应;手持式实验装置;实验改进;弯长导管 文章编号：1005-6629（2020）07-0077-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B 1问题提出 铁是课程标准要求学习的典型金属元素之一。2019年人教版高中必修新教材第三章第一节在介绍铁与水蒸气反应时[1]，联系生产实际创设真实情境，呈现了钢铁生产中钢水注入模具的真实图片，从而提出“炽热的铁水或钢水注入模具之前，模具必须进行充分的干燥处理，不得留有水，这是为什么”的问题，教材再呈现铁粉与水蒸气反应的实验图片，引导学生深入思考与讨论，了解反应原理，从而明确地回答了该问题[2]。 若按教材装置进行实验存在以下不足：（1）湿棉花提供的水蒸气不均匀、不连续，导致产氢气量低，实验现象不明显，且湿棉花容易烘干烧焦;（2）当温度达到反应要求的500～600℃时，湿棉花的水流向试管加热处，不仅会将铁粉带离加热处，还会导致炙热的试管炸裂，存在安全隐患;（3）还原铁粉成堆状，与水反应接触不够充分，使得加热装置需要改用酒精喷灯、多头酒精灯或加用防风罩等措施，操作不够简洁，耗时也较长，存在安全隐患，大大影响教学效果。 2研究现状 针对以上不足，很多学者不断做了尝试，对实验进行改进和创新：在改变水蒸气产生方式上，任鑫雨等[3]利用硅酸铝棉代替棉花提供水蒸气;张慧容[4]、刁钰华等[5]利用五水硫酸铜分解释放水提供水蒸气，但仍需用两个酒精灯加热;王紫华等[6]利用香蕉等水果提供水蒸气，但难免会有果酸以及水果中富含的乙烯的干扰。在增大铁粉的接触面上，方向东等[7]利用石棉绒包裹铁粉，但石棉的导热能力比较差;任劭等[8]通过精心设计利用磁铁吸引铁粉，增大接触面，但也只有表面的铁粉才能与水蒸气接触反应，且该装置使用仪器较多，组装耗时较长，操作也不够简练。 3设计理念 在化学实验教学中，不仅要重视知识结构的建构，也要重视对学生创新意识、安全意识的培养。实验是进行科学探究的重要方式，一个实验若操作更简便、现象更明显、更环保安全和有趣，无疑对40分钟的课堂教学是非常有意义的[9]。 （1）文献中供水剂的选择可谓五花八门，硅酸铝棉、五水硫酸铜、水果等使学生眼花缭乱。成分越复杂，让学生利用前面所学的金属活动性顺序、氧化还原反应、钠及其化合物等知识推理出水被还原的产物就越难。能否巧妙地选择或加工仪器，直接利用水提供水蒸气呢？ （2）铁与水蒸气反应，条件是高温，通常温度需要500～600℃时才开始反应。能否找到比表面积较大的铁，这样既能与水快速反应，又能降低反应所需温度，减少试管炸裂的风险，提高实验的安全性？ （3）通常实验装置固定在铁架台上，产生的氢气泡在不透明的蒸发皿中，学生无法实时观察到实验现象。能否将装置尽可能一体化、生活化，现象更加明显化、直观化呢？这样就可以走近学生，让学生积极参与实验活动。 4实验改进 4.1实验仪器及用品 仪器：托盘天平、酒精灯、打火机、试管夹、具支试管、乳胶头、单孔橡皮塞、（加工的）弯长导管、焰色实验中的铁丝（用作取泡器）、橡胶管、玩具吹泡器（截取前端） 用品：钢丝棉、棉线、蒸馏水、泡泡水 4.2实验···试读结束