王建芬 齊俊林

摘要：鐵與硫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)盡管現(xiàn)象明顯，但其副產(chǎn)物二氧化硫?qū)Νh(huán)境污染嚴(yán)重。對(duì)鐵與硫反應(yīng)作了實(shí)驗(yàn)探究。用吸濾瓶和燃燒匙作反應(yīng)容器，用大功率藍(lán)色激光筆照射燃燒匙內(nèi)火柴頭粉末引發(fā)鐵粉與硫粉的混合物發(fā)生反應(yīng)，用氫氧化鈉溶液吸收副產(chǎn)物二氧化硫，以及支管上的氣球自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)壓強(qiáng)等，巧妙構(gòu)建了一個(gè)全封閉的實(shí)驗(yàn)體系，將一個(gè)污染嚴(yán)重的實(shí)驗(yàn)變成了環(huán)保型實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：激光筆；鐵與硫反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)探究及改進(jìn)；污染；環(huán)保

文章編號(hào)：1005–6629（2016）7–0054–03 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問(wèn)題提出

鐵與硫反應(yīng)是鐵或硫的一個(gè)重要化學(xué)性質(zhì)，無(wú)論是過(guò)去、現(xiàn)在還是將來(lái)都是高中化學(xué)教學(xué)中的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)。一些老教材曾經(jīng)給出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法，例如“把少量硫粉和鐵粉的混合物裝在試管里加熱到紅熱，立即把酒精燈移開(kāi)。反應(yīng)放出的熱，就能使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，觀察發(fā)生的現(xiàn)象”[1]。此種方法的缺陷在于：鐵與硫發(fā)生反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的有毒副產(chǎn)物二氧化硫氣體，嚴(yán)重污染教學(xué)環(huán)境，影響師生健康；此外，加熱試管內(nèi)混合物時(shí)，容易造成試管炸裂，致使實(shí)驗(yàn)失敗。又如中師課本[2]的實(shí)驗(yàn)方法是“將鐵與硫的混合物堆放在石棉網(wǎng)的中央，然后將熾熱的玻璃棒插在鐵與硫的混合物的中心，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（如圖1所示）”。該種方法雖然簡(jiǎn)單，但空氣污染更為嚴(yán)重。目前編寫(xiě)的現(xiàn)行高中化學(xué)教材[3]，也許為了避免老教材中實(shí)驗(yàn)的不足，干脆不再給予相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法，這就給教學(xué)帶來(lái)了極大的不便和困惑，在教學(xué)過(guò)程中，教師只能紙上談兵，學(xué)生只能死記硬背。為了避免上述問(wèn)題的發(fā)生，近些年來(lái)，一些化學(xué)教師對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了認(rèn)真研究和設(shè)計(jì)，但仍有不盡如人意的地方。例如：有的實(shí)驗(yàn)方法[4，5]雖然簡(jiǎn)單，但仍然存在污染問(wèn)題。其中實(shí)驗(yàn)方法1（如圖2所示），將鐵粉和硫粉的混合物裝在一個(gè)濾紙筒內(nèi)，然后將一個(gè)下端紅熱的玻璃棒插到濾紙筒內(nèi)的混合物中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物二氧化硫直接排放到空氣中，造成室內(nèi)空氣污染；實(shí)驗(yàn)方法2（如圖3所示），將鐵粉和硫粉的混合物放在鐵片上，用酒精燈加熱鐵片使鐵與硫發(fā)生反應(yīng)，其產(chǎn)生的副產(chǎn)物二氧化硫氣體，也是直接擴(kuò)散到空氣中，造成教學(xué)環(huán)境污染，影響師生健康；有的實(shí)驗(yàn)方法[6]較為復(fù)雜，不適合演示實(shí)驗(yàn)（如圖4所示），是用調(diào)壓變壓器控制電爐絲的電壓，用電爐絲加熱鐵粉與硫粉的混合物。該實(shí)驗(yàn)方法除了復(fù)雜以外，還很容易發(fā)生觸電危險(xiǎn)，存在一定的安全隱患，況且，鐵粉與硫粉反應(yīng)產(chǎn)生紅熱現(xiàn)象時(shí)，容易使兩通玻璃管炸裂，致使實(shí)驗(yàn)失敗。綜上所述，有必要對(duì)鐵與硫反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，以解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程的污染問(wèn)題。

2 設(shè)計(jì)理念

我們?cè)谠O(shè)計(jì)鐵與硫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，重點(diǎn)突出了以下幾點(diǎn)：一是力求取材容易，裝置簡(jiǎn)單，易于制作；二是必須是一個(gè)完整的全封閉裝置且可自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置內(nèi)的壓強(qiáng)大?。蝗菬o(wú)空氣污染且可吸收有害氣體二氧化硫；四是便于課堂演示，易于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

3 實(shí)驗(yàn)原理

3.1 鐵與硫的反應(yīng)

在加熱條件下鐵粉與硫粉的混合物（質(zhì)量比：7：5）發(fā)生反應(yīng)，生成黑色的硫化亞鐵，其方程式為：Fe+S△= FeS。

3.2 二氧化硫的吸收

在鐵與硫的反應(yīng)過(guò)程中，有一部分硫要與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成副產(chǎn)物二氧化硫。二氧化硫是具有較強(qiáng)刺激性氣味的有毒氣體，必須設(shè)法消除其對(duì)環(huán)境的污染。利用氫氧化鈉溶液可吸收二氧化硫，使其生成無(wú)毒的亞硫酸鈉和水，其方程式為：SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O。

4 實(shí)驗(yàn)材料

吸濾瓶（500mL）1個(gè)，燃燒匙1個(gè)，氣球1只，激光筆（2W）1支，6號(hào)橡膠塞1個(gè)，細(xì)線(xiàn)若干，條形磁鐵1根，研缽、研杵各一個(gè)

鐵粉，硫粉，火柴，細(xì)河沙，10%氫氧化鈉溶液

5 實(shí)驗(yàn)方案

根據(jù)設(shè)計(jì)理念，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行認(rèn)真設(shè)計(jì)，具體方法是：如圖5所示（A.氣球 B.氫氧化鈉溶液C.鐵粉與硫粉的混合物 D.氫氧化鈉溶液 E.細(xì)河沙 F.火柴頭粉末 G.激光筆 H.燃燒匙 L.藍(lán)色激光 M.細(xì)線(xiàn)），利用500mL的吸濾瓶作反應(yīng)容器，燃燒匙內(nèi)底層裝入細(xì)河沙，對(duì)燃燒匙起保護(hù)作用以防腐蝕，中層裝入鐵粉與硫粉的混合物作為反應(yīng)物，上層放入火柴頭粉末作為引發(fā)劑。利用大功率（2W）藍(lán)色激光筆照射燃燒匙內(nèi)的藥品以點(diǎn)燃火柴頭粉末，進(jìn)而引起鐵粉與硫粉混合物發(fā)生反應(yīng)，并可保持紅熱狀態(tài)。利用吸濾瓶?jī)?nèi)及支管上氣球內(nèi)的氫氧化鈉溶液，吸收副產(chǎn)物二氧化硫。支管上的氣球還起到了自動(dòng)調(diào)節(jié)容器內(nèi)壓強(qiáng)的作用，避免發(fā)生反應(yīng)時(shí)壓強(qiáng)過(guò)大，影響氣密性及儀器爆炸問(wèn)題，確保整個(gè)反應(yīng)過(guò)程均在一個(gè)密閉的容器內(nèi)安全可靠地完成。本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)在于將加熱藥品的方式由直接加熱改為激光筆照射引燃，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)得以在密閉容器內(nèi)完成，沒(méi)有環(huán)境污染，保證師生健康。

6 實(shí)驗(yàn)方法及其現(xiàn)象

6.1 在燃燒匙內(nèi)加入藥品

取1只6號(hào)橡膠塞，將燃燒匙的鐵柄從橡膠塞的小頭端穿入，在燃燒匙里先裝入細(xì)河沙，然后裝入鐵粉與硫粉的混合物（鐵粉與硫粉質(zhì)量比為7：5），再在鐵粉與硫粉混合物上方加入約2～3個(gè)火柴頭的粉末作為引發(fā)劑（如圖6所示）。

6.2 加入吸收劑氫氧化鈉溶液

取1只氣球，在其內(nèi)部注入10mL 10%的氫氧化鈉溶液，然后將其用細(xì)線(xiàn)系在吸濾瓶的支管上，在吸濾瓶?jī)?nèi)加入50mL 10%的氫氧化鈉溶液（如圖7所示）。

6.3 激光筆照射反應(yīng)物

將裝有燃燒匙的橡膠塞緊緊塞在吸濾瓶的瓶口，然后打開(kāi)激光筆的開(kāi)關(guān)，用藍(lán)色激光直接照射燃燒匙內(nèi)的火柴頭粉末（如圖5所示），1～2s后，可觀察到火柴頭粉末被點(diǎn)燃（此時(shí)，關(guān)閉激光筆的開(kāi)關(guān)）；接著鐵粉與硫粉的混合物發(fā)生反應(yīng)（Fe+S△= FeS），產(chǎn)生紅熱狀態(tài)，氣球鼓起，片刻后又變癟，說(shuō)明生成的副產(chǎn)物二氧化硫（S+O2點(diǎn)燃= SO2）已被氣球和吸濾瓶?jī)?nèi)的氫氧化鈉溶液吸收掉（SO2+ 2NaOH=Na2SO3+H2O）；在燃燒匙內(nèi)生成黑色的固體物質(zhì)。

6.4 產(chǎn)物的檢驗(yàn)

首先取少量用于反應(yīng)的鐵粉與硫粉的混合物放在一張白紙上，用條形磁鐵的一端靠近時(shí)，可觀察到混合物內(nèi)的鐵粉全部被吸附在條形磁鐵的端面上。待反應(yīng)結(jié)束，取下橡膠塞，將反應(yīng)生成的黑色固體放入研缽內(nèi)中，用研杵將其研碎后放在同一張白紙的另一端，用條形磁鐵的另一端靠近時(shí)，沒(méi)有固體顆粒被吸附到條形磁鐵的端面上，由此說(shuō)明，鐵粉與硫粉已經(jīng)完全反應(yīng)，生成了黑色的硫化亞鐵。

6.5 產(chǎn)物的處理

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將檢驗(yàn)用鐵粉放回原處，將黑色的硫化亞鐵殘?jiān)叭紵椎募?xì)沙放入指定容器，將氣球、吸濾瓶?jī)?nèi)的液體倒入空燒杯內(nèi)，待做進(jìn)一步的處理，以防造成污染。

7 兩點(diǎn)說(shuō)明

7.1 激光筆的來(lái)源與工作時(shí)間

各種型號(hào)的激光筆市場(chǎng)有售，若本地沒(méi)有，可通過(guò)網(wǎng)購(gòu)來(lái)獲取。激光筆照射時(shí)間不能超過(guò)1min，以免激光筆發(fā)熱使器件受損。

7.2 使用激光筆應(yīng)注意的問(wèn)題

50mW以上的激光筆能量較大，直射人的眼睛可受到不同程度的損傷。因此，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，激光不要直射自己或他人的眼睛，以防眼睛造成燒傷。

8 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

該實(shí)驗(yàn)裝置取材容易，制作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，無(wú)空氣污染，將一個(gè)污染嚴(yán)重的化學(xué)實(shí)驗(yàn)變成了一個(gè)環(huán)保的綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)。此外，該實(shí)驗(yàn)巧妙地將現(xiàn)代科技產(chǎn)品與普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合在一起，解決了實(shí)驗(yàn)中的疑難問(wèn)題，為現(xiàn)代科技產(chǎn)品在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用起到了一定的示范作用，并為化學(xué)實(shí)驗(yàn)改革與創(chuàng)新的研究開(kāi)創(chuàng)了一條新的有效途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社中學(xué)化學(xué)編輯室編.高級(jí)中學(xué)課本（試用）·化學(xué)（甲種本）（第一冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，1983：52.

[2]人民教育出版社.中等師范學(xué)校課本·化學(xué)（第一冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，1993：88.

[3]人民教育出版社化學(xué)室編著.全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)（必修）·化學(xué)（第二冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2003：56.

[4]陳碧瑜.硫粉與鐵粉反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2011，（6）：48.

[5]孔祥龍.鐵與硫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].甘肅教育學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000，（S1）：14

[6]田宗學(xué).鐵與硫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)（中學(xué)版），2002，（12）：14.