实验:铁的燃烧

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是一种相对较为活泼的金属,它可以和一些非金属元素发生化合反应,一些反应中可以燃烧——发光、放热的剧烈氧化反应。

原料[编辑 | 编辑源代码]

试剂 纯度 厂家 外观
铁丝 银白色金属丝
还原铁粉 AR,98.0% 国药 银白色粉末
升华硫 CP,99.5% 天津市福晨化学试剂厂 黄色粉末
高锰酸钾
盐酸
二氧化锰
过氧化氢,30%

铁和氧气的反应[编辑 | 编辑源代码]

Iron Burning in Oxygen 2.JPG  Iron Burning in Oxygen 1.JPG
铁丝在氧气中的燃烧

在空气中加热铁丝,铁丝发红,此时只发生氧化反应而不能燃烧。如果要在空气中燃烧铁,可以选用还原铁粉接触火焰,即可看到其燃烧。或者加热草酸亚铁,使之分解为极细的“自燃铁粉”,这种铁粉一接触空气便会自燃。极细的铁丝也能被点燃,如可以用火点燃钢丝绒,或者仅用9V电池与其接触就能让它燃烧。[1]不过,钢丝绒表面有一种有机物质涂层,它在燃烧时会有烧焦的气味。

铁可以在纯氧中燃烧,火星四射并发出耀眼白光。纯氧可用10%的过氧化氢溶液在二氧化锰的催化下进行分解反应来制备,为获得较为纯净的纯氧,可以选用排水集气法:

2 H2O2MnO2→ 2 H2O + O2

用铁丝的一段绑住一小节火柴棒(不宜太多,否则木棒在氧气中燃烧会消耗过量的氧气),另一端用镊子或坩埚钳夹住,在酒精灯上点燃木棒,迅速伸入装有氧气的集气瓶中,铁丝被引燃后即看到铁丝的燃烧,火星四射,发出耀眼白光并放出大量热,生成熔融的灰黑色产物(可能会滴下,因此要在集气瓶下部放少量沙,以防冷热不均而炸裂;放水的效果不一定好)。

3 Fe + 2 O2点燃→ Fe3O4

有文献指出燃烧时火星四射的现象源自于铁中含有的碳等杂质。[2]

铁和氯气的反应[编辑 | 编辑源代码]

铁在氯气中燃烧

将多根铁丝缠在一起,用坩埚钳夹住在酒精灯火焰上灼烧,待烧红后迅速深入装有氯气的集气瓶中,可以观察到铁丝立刻燃烧,产生棕黄色的烟并放热:

2 Fe + 3 Cl2点燃→ 2 FeCl3

氯气是强氧化剂,可以将铁氧化至+3价。氯气可由高锰酸钾和盐酸的反应制备,收集方法为排空气法。

反应结束后,在集气瓶底部加少量水并震荡,可以得到黄色的氯化铁溶液。

铁和硫的反应[编辑 | 编辑源代码]

将升华硫与铁粉按化学计量比均匀混合(铁粉略过量),可以摆成一些笔画连续的文字,将玻璃棒的一端加热一段时间后,立刻与混合物相接触,可以发现铁粉在硫中燃烧,发出红光,从一头烧到另一头,并伴有硫燃烧的为弱蓝光。反应生成黑灰色的块状固体。

Fe + S —Δ→ FeS
S + O2点燃→ SO2(副反应)

注意事项[编辑 | 编辑源代码]

实验安全[编辑 | 编辑源代码]

氯气属于剧毒物质,实验时应在通风橱内完成。如不慎少量吸入或有较多泄漏,应立刻撤离至室外呼吸新鲜空气,若有不适,需要立刻就医。

燃烧是放热反应,应避免烫伤。且需要注意远离可燃物区域。

药品安全[编辑 | 编辑源代码]

硫、高锰酸钾和过氧化氢(浓度超过8%的)在中国大陆属于易制爆类特殊危化品,盐酸和高锰酸钾在中国大陆属于易制毒类特殊危化品,购买与使用应遵守当地法律法规。

硫应避免与强氧化剂直接混合,否则容易发生爆炸。

参考文献[编辑 | 编辑源代码]

  1. 《实验室的魔法日常》S2E7 如何在空气中点燃金属. 2016.9.24
  2. 钱百成. 铁丝在氧气中燃烧为什么会火星四射[J]. 化学教学, 2007(2):8-8.