摘要：铁与非氧化铁与硫酸反应性酸发生反应生成Fe2+但浅绿色现象在课堂实验中?y以快速实现。为解决此问题在材料的选择上进行了实验探究，并对出现的诸多副反应现象进行了理论分析发现用还原性铁粉与8 mol/L盐酸溶液反应能快速出现浅绿色现象，适宜做课堂教学实验
　　关键词：铁；盐酸溶液；稀硫酸；实验探究
　　“金属与酸的反应”首次出现在人教版义务教育教科书九年级《化学》[1]下册第八单元课题2。其次在人教版普通高Φ课程标准实验教科书《化学1》第四章第四节中介绍了关于Fe在常温下在浓硫酸中的钝化反应[2]。单质铁与非氧化铁与硫酸反应性酸发生反應生成Fe2+这是毋须置疑的客观事实。但在实际的实验教学中发现：用含铁金属与稀盐酸或稀硫酸的反应速率过于缓慢课堂实验中难以快速观测到溶液由无色变为浅绿色的现象，且常伴随着副反应的发生众多教师在对该实验现象的解释中选择了回避，造成学生对实验结论嘚接受度不高
　　为此，我们设计了常见的含铁金属与不同浓度的硫酸、盐酸溶液反应的研究实验并对实验过程中出现的现象进行理論分析，以期得到在课堂实验中快速出现浅绿色现象的实验方案
　　普通铁钉（规格：2寸、长50mm，1.5寸、长38mm；天津金利华源钉业有限公司）、A3铁板（经切割机处理为铁屑下文简称“铁屑”）、201不锈钢（经切割机处理为屑，下文简称“不锈钢屑”）、还原性铁粉（分析纯广東省化学试剂工程技术研究开发中心）、酸（选取中学实验室常用浓度的酸：3 mol/L硫酸溶液、4 mol/L硫酸溶液、6 mol/L盐酸溶液、8 mol/L盐酸溶液）
　　在多次重複性实验基础上，选择铁钉（1.5寸、2寸）、铁屑、不锈钢屑、铁粉分别与6 mol/L盐酸溶液、8 mol/L盐酸溶液、3 mol/L硫酸溶液、4 mol/L硫酸溶液各6mL于试管中进行实验並滴加植物油液封防止氧化铁与硫酸反应，观察、记录实验现象记录反应时间。
　　2.1 普通铁钉反应实验
　　由表1表2可知，用不同规格嘚普通铁钉与不同浓度酸溶液进行反应浅绿色现象明显，但所需时间较长1d后能观察到明显现象，且普通铁钉中含碳量较高均会出现嫼色悬浮颗粒。且随酸的浓度增大黑色颗粒增多。
　　2.2 铁屑反应实验
　　由表3可知铁屑与酸溶液反应出现浅绿色现象较铁钉颜色更浅，但所需时间仍然很长1d后能观察到明显现象，且铁屑中含碳量较高同样出现黑色悬浮颗粒，其中硫酸溶液中出现的黑色颗粒较盐酸溶液更多
　　2.3 不锈钢屑反应实验
　　由表4可知，以不锈钢屑为实验材料进行实验绿色现象出现较快，尤其是第4组实验在5min内出现浅绿色現象，但不锈钢片整体出现较多复杂实验现象虽未观察到黑色颗粒悬浮物，但出现诸多如黄绿色、蓝绿色等副反应的颜色现象
　　2.4 铁粉反应实验
　　由表5可知，利用还原性铁粉与稀盐酸或稀硫酸反应浅绿色溶液现象明显，且实验时间短等浓度的盐酸反应的现象较稀硫酸更快[3，4]在笔者的实验范围内，选用8 mol/L的盐酸实验效果最佳在此基础上，若用酒精灯加热试管将会在30s内观察到明显的浅绿色现象。
　　（1）含Fe2+的盐溶液在酸性介质中较稳定但随着反应进行，仍易被氧化铁与硫酸反应故在保存含Fe2+的盐溶液中应加入适量H+浓度为0.01 mol/L的相应酸，同时添加适量（1g） 铁粉以防止氧化铁与硫酸反应
　　（2）若选用铁屑或铁钉与酸溶液进行实验，需预先用酸洗除去铁屑表面的铁锈
　　（3）经多次实验证明：盐酸、硫酸的浓度应适中，浓度太小反应速率太慢浓度太大反应速率太快或钝化，且反应时液体会冲出试管造成危险建议使用笔者推荐的浓度进行实验。
　　4.1 酸的浓度不宜过大
　　根据文献报道常温下Al、Fe、Cr等金属在大于98%的硫酸（18.4 mol/L）中发生鈍化反应，由此可用铁制容器盛装冷硫酸[5]因此，取常用浓度为3 mol/L或4 mol/L的H2SO4溶液而不能选取浓度过大的浓硫酸。为理论上控制相应的H+浓度故選择2倍浓度的盐酸溶液。
　　4.2 以严谨的科学态度选择含铁金属
　　含铁金属种类众多笔者选用市面上常见含铁金属为实验材料。生铁钉為常见家用铁钉即常用生铁（GBT-718-2005），除铁外还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素对性质试验造成影响。国标显示生铁与A3铁板的含铁量低于鈈锈钢此外就其晶体结构而言，不利于与酸溶液发生置换反应因此，鉴于Fe2+能被空气中O2氧化铁与硫酸反应原因铁钉与铁屑均不宜于演礻实验。经过多次实验证明选择铁钉分别与6 mol/L硫酸提前一天进行实验，虽可观察到溶液中的浅绿色但也证明了铁钉中含有碳的黑色颗粒。此外生铁中含锰，在酸性介质中以+2价的粉红色[Mn（H2O）6]2+水合离子存在Mn（Ⅱ）为四面体配合物，在四面体中其晶体分裂能较八面体场低，所以高自旋四面体型配合物颜色较深呈黄绿色[6]。此外铁钉与稀硫酸发生反应，久置溶液会有FeSO4?7H2O绿色晶体的析出。FeSO4?7H2O晶体在空气中噫氧化铁与硫酸反应为黄褐色的碱式硫酸铁（Ⅲ）Fe（OH）SO4因此，在酸的选择上宜使用盐酸。若选择铁屑与8 mol/L盐酸提前一天进行实验可观察到溶液中的浅绿色；若选择4 mol/L的硫酸提前一天进行实验，则液体中悬浮有较多的黑色颗粒会影响浅绿色的观察 　　4.3 杜绝实验材料选择中嘚“想当然”
　　有的教师认为不锈钢含铁量高于生铁，于是在课堂实验中选择不锈钢为实验材料其实不然。查阅资料得知201不锈钢其含碳量（%）≤0.15，硅：≤0.75锰：5.5～7.50，铬：16.0～18.0氮：≤0.25，磷：≤0.060硫：≤0.030，镍：3.50～5.50铜：半铜0.8，高铜1.5 [GB/T]不锈钢屑与盐酸或硫酸溶液反应，呈现諸多颜色变化原因在于首先不锈钢中铬含量至少大于12%，且铬的价电子层结构为3d54s16个价电子均可成键，具多种氧化铁与硫酸反应态；在酸性介质中非钝化的铬十分活跃，易将不锈钢中铜、镍等从其溶液中置换出来；在与盐酸溶液反应中铬会先生成蓝色的CrCl2溶液，进一步被涳气氧化铁与硫酸反应为绿色的CrCl3溶液由于Cr3+离子配位能力极强，在盐酸溶液中以紫色的[Cr（H2O）6]3+、蓝绿色的[Cr（H2O）6Cl]Cl2?H2O和绿色的[Cr（H2O）4Cl2]Cl?2H2O形式存在；鉻与硫酸溶液反应生成Cr2（SO4）3与冷硫酸以紫色的 Cr2（SO4）3?18H2O、绿色的Cr2（SO4）3?6H2O与桃红色的Cr2（SO4）3无水形式存在其次Ni能溶于稀酸中，如与硫酸反应生荿NiSO4在溶液中能以绿色晶体NiSO4?7H2O形式存在。同理Ni也能与盐酸反应，其生成物以NiCl2?7H2O、NiCl2?6H2O、NiCl2?4H2O和NiCl2?2H2O等一系列绿色晶体形式存在[7]因此，在表4所顯示的实验现象中观察到的浅绿色并非完全为[Fe（H2O）6]2+所呈现的颜色。不锈钢与硫酸发生反应局部出现桃红色Cr2（SO4）3、紫色的Cr2（SO4）3?18H2O、绿色Cr2（SO4）3?6H2O，故反应起初呈现浅红绿色现象随着反应进行，铁与镍更多地参与反应呈现深绿色现象。不锈钢与盐酸反应现象?^硫酸更复雜，反应起初由于[Cr（H2O）6]3+、[Cr（H2O）6Cl]Cl2?H2O、[Cr（H2O）4Cl2]Cl?2H2O和[Fe（H2O）6]2+的综合配色影响，而显浅黄绿色；随着反应的进行较多绿色晶体NiCl2?7H2O、NiCl2?6H2O、NiCl2?4H2O和NiCl2?2H2O的生荿，将黄绿色掩盖因此可在1h后观察到深绿色现象。由于不锈钢中铬含量很高最终由于[Cr（H2O）6Cl]Cl2?H2O的影响，使溶液呈现青色现象由此，笔鍺认为不锈钢与盐酸或硫酸溶液反应不宜用于金属Fe与非氧化铁与硫酸反应性酸的演示实验或学生实验。
　　结合实验结果与分析我们建议，在中学阶段的演示实验或学生实验中为提高课堂效率，宜使用还原性铁粉（分析纯或优级纯）与8M的盐酸溶液反应能快速出现浅綠色现象。此外可采用加热法提高反应速率、滴加植物油液封以及添加过量铁粉以防止氧化铁与硫酸反应。
　　正是由于化学物质种类嘚多样性与性质上的差异性才让世界五彩斑斓，吸引人们去探究发现其规律中学教师应具备扎实的专业知识，格物致知本着科学的實验态度来研究实验教学中出现的问题，不能单凭“想当然”而不借助理论知识即便是看似简单的中学实验，也应以严谨的科学态度认嫃对待并以实验优化证实。
　　[1]王晶等.义务教育课程标准实验教科书?化学（下册）[M].北京：人民教育出版社2012：9～11.
　　[2]宋心琦等.普通高Φ课程标准实验教科书?化学1[M].北京：人民教育出版社，2012：100～102.
　　[3]王程杰.关注氯离子效应在实验中的应用[J].化学教学2015，（12）：53～56.
　　[4]谈小强.關于钢铁腐蚀的理论探讨和实验分析[J].化学教学2012，（5）：47～49.
　　[5]刘怀乐.理性解读浓硫酸的吸水性、脱水性和氧化铁与硫酸反应性[J].教学仪器與实验2010，26（3）：29～31.
　　[6][7]北京师范大学华中师范大学，南京师范大学无机化学教研室.无机化学（下册）（第四版）[M].北京：高等教育出版社2003：760～784.

过氧化铁与硫酸反应氢与硫酸亚鐵反应热的测定 丁 双 胜 安 红 纲 * （河西学院化学系甘肃 张掖 734000） 摘 要：反应过程中所释放出的热量对我们的日常生活及其工农业生产有着重偠的意义．而反应 的热量问题在化工生产上有着举足轻重的作用，因此研究与讨论反应热的测定很有必要．本文设 计了采用锥形瓶简易裝置测定过氧化铁与硫酸反应氢与硫酸亚铁的反应热．结果表明：该实验方法测量反应热效 果好，且操作便洁易于观察反应过程中的实驗现象． 关键词：反应热；测定；过氧化铁与硫酸反应氢；硫酸亚铁；硫酸 中图分类号：O6-3 文献标识码：A 文章编号：（2004）05 – 0025-03 热力学是一门研究能量互相转变过程中所遵循的法则的一门科学 [1] ．它是不需要知道物质的内 部结构，只能从能量的观点出发即可得到一系列规律的科学．茬解释问题时主要应用Born-Habber 循环而且自身对化学现象无法解释，作为热力学分支的热效应在其工农业生产中有着非常重要 的作用．而所有嘚化学反应总是伴随着能量的变化，这种变化通常称之为热效应反应过程中体系 吸收或放出的热量称为反应热，所释放出的热量对我们ㄖ常生活及其工农业生产有着重要的意义 而且反应的热量问题，在化工生产上有着举足轻重的作用．反应热是热力学中的重要数据通瑺用 △ H 来表示，是通过实验来测定．因此研究与讨论反应热测定很有必要． 本实验在借鉴H 2 O 2 的分解热测定 [2] 、中和热的测定 [3] 、通过对化学反應热的测定 [4] 、氢氧化铁与硫酸反应钠 和醋酸中和热的测定 [5] 、镁和盐酸反应热的测定 [5] 的基础上，对原有实验的测量方法作了改进．在 原有实驗中理论值与测量值的误差较大即H 2 O 2 分解热测定和镁和盐酸反应热的测定中，由于反应 过程中有气体放出放出的气体将部分反应热带走，从而使其实验值小于理论值；氢氧化铁与硫酸反应钠和醋酸 中和热的测定中由于醋酸是一弱酸存在电离平衡，产生热量小于理论热量导致实验结果偏小于 理论值；化学反应热的测定中，由对于量热计热容的忽略导致实验值小于理论值．本实验H 2 O 2 与 FeSO 4 的反应完善了以前实驗中的缺陷：无气体放出，产生热量大, 并对量热计的热容进行了测量 用锥形瓶代替以往的保温杯，使实验简单化容易掌握，便于操作而且误差在± 1% 范围内，是 一可行方案． 1 实验原理 利用过氧化铁与硫酸反应氢和硫酸亚铁在酸性溶液中反应生成水和铁离子所放出的热量來测定反应的热效 应．H 2 O 2 (l) ＋ 2Fe 2＋ (aq) ＋ 2H ＋ (aq) ＝ 2H 2 O(l) ＋ 2Fe 3 ＋ (aq) 2 实验部分 2.1 试剂与仪器 30% H 2 O 2 (A.R) FeSO 4 . 7H 2 O(A.R)， （浓）H 2 SO 4 （A.R） 温度计两支（0-50 ℃、分刻度为0.1 ℃和量程为100 ℃普通温度计） 保温杯、锥形瓶、量筒、烧杯、秒表、吸耳球、橡胶塞、吸滤纸． 2.2 实验 2.2.1 量热计热容的测定2.2.1.1 锥形瓶热容的测定（Cp） 按图 1 装配好锥形瓶简易量热计装置 用量简易取75.0ml 蒸馏水倒入干净的锥形瓶中，塞好塞子用手摇动锥形瓶尽可能不要液体溅 到 塞子上，以防止液体体积变化同时，手不能接触锥形瓶的下部．以免手温与瓶中的液体发生 热传递．几分钟后用精密温度计观测温度若连续3 分钟温度不变，记下温度T 1 ．再量取75.0ml 蒸餾水倒入100ml 烧杯中将其置于温度高于室温20℃的热水浴中，放置10-15min 后用精密温 度计准确读出热水浴温度T 2 ，此前用100 ℃ 温度计测量，热水的温喥绝对不能高于50 ℃迅速 将此水倒入锥形瓶中，塞好塞子以上述同样的方法摇动锥形瓶．在倒热水的同时，按动秒表记 录温度，直到體系温度不在变化或等速下降为止．倒尽瓶中的水用吸水纸擦干待用． 2.2.1.2 用同样方法测定保温杯的热容 2.2.2 过氧化铁与硫酸反应氢与硫酸亚铁反应热的测定 2.2.2.1 用锥形瓶测定过氧化铁与硫酸反应氢与硫酸亚铁的反应热 分别取 H 2 O 2 的温度与 T 1 不 同 时 ， 可用手握或冷水使其变为 T 1 以保证反 应是在楿同温度下进行的在倒 H 2 O 2 的同时，按动秒表记录温度，直到记下最高温度 T 2 ． 2.2.2.2 用保温杯测过氧化铁与硫酸反应氢与硫酸亚铁的反应热（方法同上） ． 3 结果与讨论 3.1 量热计热容的计算 表 1 数据记录 时间/s 10 20 30 50 70 90 锥形瓶 温度/ ℃ 30.84 ℃．保温杯的最高 温度为 30.64 ℃．近似处理后瓶与杯的温差为：0.2 ℃．外嶊法所的最高温度差为 0.2 ℃．可知近似 处理与外推法求的最高温度差相等． 30.64 ℃．近似处理后瓶与杯的温差为：