Question

化学小组的同学们在完成“铁粉与水蒸汽反应”的拓展实验时总是效果不好，于是大家想对这个实验的影响因素作进一步研究，开展了以下研究活动。

（查阅资料）实验中可以用Ca(OH)₂固体加热来提供稳定的水蒸汽，反应原理如下：

（1）Ca(OH)₂ H₂O↑＋ CaO

（2）3Fe＋4H₂O（水蒸汽）Fe₃O₄+ 4H₂↑

（猜想假设）此实验的影响因素有Ca(OH)₂的质量、铁粉的质量和反应物的放置方式

（进行实验）同学们组装了如图所示的实验装置（酒精灯外焰约600℃）。

用洗涤灵配制发泡剂，将玻璃导管伸入发泡剂中观察氢气的产生；选定 “氢气泡爆鸣时间”为实验效果指标。“氢气泡爆鸣时间”指的是从开始加热到第一个氢气泡燃着并发出爆鸣声的时间。

为了排除偶然因素的干扰，共进行了４次平行实验。“氢气泡爆鸣时间”的数据是平行实验数据的平均值。实验数据整理在下表

因素 序号	反应物放置方式	铁粉的质量/g	Ca(OH)2的质量/g	实验指标
氢气泡爆鸣时间/s
1	铁粉在上层	0.5	1.5	151
2	铁粉在下层	0.5	0.5	88
3	混合	0.5	1.0	77
4	铁粉在上层	1.0	1.0	119
5	铁粉在下层	1.0	1.5	44
6	混合	1.0	?	58
7	铁粉在上层	1.5	0.5	66
8	铁粉在下层	1.5	1.0	54
9	混合	1.5	1.5	60

（解释与结论）

（1）实验中用“点燃观察气泡燃着并发出爆鸣声证明氢气产生”是利用了氢气的_____（填写物质的性质）

（2）实验6中Ca(OH)₂的质量应为____g。

（3）通过对以上实验数据分析，发现了最佳实验条件，并采用最佳实验条件又做了验证性实验如下表 ,将下表补全。

反应物放置方式	铁粉的质量/g	Ca(OH)2的质量/g	氢气泡爆鸣时间/s
________	_________	0.5	35

（4）将表1中部分数据转化为曲线图，如图,比较“铁粉的质量”，“Ca(OH)₂的质量”两个因素对实验效果影响较大的因素是________________。

（5）通过观察数据发现“铁放置在下面”比“铁粉放置在上面”、“和氢氧化钙混合”实验效果都好，从反应的条件角度试分析其原因_________。

Answer

可燃性 0.5g 铁粉在下面 1.5 铁粉的质量 由于铁粉受到酒精灯外焰 （约600℃）直接加热，快速红热，达到反应温度。而铁粉在上层时实验效果最差，因为Ca(OH)2 在试管底层，直接受热分解产生大量

水蒸气，该反应吸热。同时水蒸气的流动会带走反应体系热量，使得上层的铁粉难

以快速达到高温

【解析】

（1）实验中用“点燃观察气泡燃着并发出爆鸣声证明氢气产生”是利用了氢气的可燃性；

（2）由表中数据可以看出，本实验是探究了不同铁粉质量，不同反应物放置方式，不同氢氧化钙质量对氢气泡爆鸣时间，结合表中数据，故实验6中氢氧化钙的质量为0.5g；

（3）由表中数据可以看出，反应物放置方式为下层，铁的质量为1.5g时，氢气泡爆鸣时间越短，故填：铁粉在下层、1.5g；

（4）由表中数据可以看出，铁粉质量对实验效果较大；

（5）“铁放置在下面”比“铁粉放置在上面”、“和氢氧化钙混合”实验效果都好，从反应的条件角度试分析其原因：铁粉与水蒸气的反应需要达到一定的温度，铁粉在下层，由于铁粉受到酒精灯外焰 （约600℃）直接加热，快速红热，达到反应温度。而铁粉在上层时实验效果最差，因为Ca(OH)2 在试管底层，直接受热分解产生大量水蒸气，该反应吸热。同时水蒸气的流动会带走反应体系热量，使得上层的铁粉难以快速达到高温。