由于四氧化三铁(黑色)和铁粉(灰黑色)的颜色不易区分,所以一般通过检验氢气来验证反应的发生。
实验操作
⚗️ 水蒸气的产生
这个实验非常考验细节,尤其是用来提供水蒸气的湿棉花(不自动滴水为宜)。如果棉花太干,不仅水蒸气不够,棉花还容易碳化,试管难清洗不说,也没人喜欢烤棉花吧……棉花糖倒是可以。如果吸水太多,又容易将铁粉冲走,导致实验失败。
针对这么显而易见的问题,自然有人想着改进,看了一圈改进方案,我发现最有意思的是用尿不湿中的强吸水材料SAP来代替棉花[1]!
图源:参考资料[1]
想想看,尿不湿多能吸水呀。一般情况下,SAP材料(其主要成分为低交联型聚丙烯酸钠盐或聚丙酰胺类高分子物质)能吸收的纯净水是自身重量的500~1000倍,并且兼具蓄水功能,这就保证了水蒸气不仅是充足的,而且不容易向外流,简直是一举两得。
另外,这里还采用双火焰酒精灯分别对水和铁粉进行加热,解决了反应耗时长、不容易观察到氢气燃烧的问题。
OK,受这个方案的启发,大家脑子里应该有不少点子飘过吧,设计一个正交实验,一篇论文的雏形或许就出来了。
⚗️ 高温加热
高温这一实验条件,决定了部分实验仪器的选择以及加热操作的细节等等。
① 硬质玻璃试管
如果你用过质量很差的试管,那加热个水都极其不稳定(别问我怎么知道的)。硬质玻璃试管的SiO2含量较高,软化温度高,受热不容易发生破裂,做实验嘛,安全第一,选它。
② 给酒精灯叠个buff
高温,可以选择酒精喷灯,或者给酒精灯上加个防风罩,便于集中火力。
③ 加热的部位
经过预热等操作后,应集中火力加热铁粉部位,使其与湿棉花挥发出来的水蒸气在高温下反应。在只用一个酒精灯的情况下,如果把它移到湿棉花下面,那产生的水蒸气在逸出时遇冷凝结为水,就无法与冷的铁粉发生反应。
⚗️ 检验氢气
① 肥皂液的作用
集气功能!就像泡泡机一样,用肥皂泡来收集氢气,这里插播一个问题:为什么不在导管口直接点燃氢气呢?
嗯~那是你没炸过呀……
我以前想拍氢气燃烧时的火焰颜色,就拿金属和稀盐酸在试管中反应先试试,一个导管接出来就直接点了。要知道火苗很难拍的,它非常跳,颜色也总变,一会儿这里有点黄色,一会儿那里又来点,想拍到教材上说的蓝色(且不谈颜色争议及其它)很难。反复试了几次后,突然有一刻,试管上的橡胶塞放飞自我了……我和实验老师对视了一眼后,嗯,换个方案吧。
经历过这个,我现在只要看到氢气燃烧前切了镜头,就知道那蓝色不简单,并且各有各的不简单。
② 点燃肥皂泡
开始加热后,肥皂液中出现气泡并不能证明有反应发生,因为试管内的空气膨胀也能产生气泡。另外,反应前期因为氢气不纯会出现爆鸣声,这里推荐找一个没有BGM的视频看(人教版在这点上就不错),毕竟真实要比好听的配乐重要一些。
氢气燃烧,图源见水印
🏷 另附真题及答案
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