實驗:鐵的燃燒

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是一種相對較為活潑的金屬,它可以和一些非金屬元素發生化合反應,一些反應中可以燃燒——發光、放熱的劇烈氧化反應。

原料[編輯 | 編輯原始碼]

試劑 純度 廠家 外觀
鐵絲 銀白色金屬絲
還原鐵粉 AR,98.0% 國藥 銀白色粉末
升華硫 CP,99.5% 天津市福晨化學試劑廠 黃色粉末
高錳酸鉀
鹽酸
二氧化錳
過氧化氫,30%

鐵和氧氣的反應[編輯 | 編輯原始碼]

 
鐵絲在氧氣中的燃燒

在空氣中加熱鐵絲,鐵絲髮紅,此時只發生氧化反應而不能燃燒。如果要在空氣中燃燒鐵,可以選用還原鐵粉接觸火焰,即可看到其燃燒。或者加熱草酸亞鐵,使之分解為極細的「自燃鐵粉」,這種鐵粉一接觸空氣便會自燃。極細的鐵絲也能被點燃,如可以用火點燃鋼絲絨,或者僅用9V電池與其接觸就能讓它燃燒。[1]不過,鋼絲絨表面有一種有機物質塗層,它在燃燒時會有燒焦的氣味。

鐵可以在純氧中燃燒,火星四射並發出耀眼白光。純氧可用10%的過氧化氫溶液在二氧化錳的催化下進行分解反應來製備,為獲得較為純淨的純氧,可以選用排水集氣法:

2 H2O2MnO2→ 2 H2O + O2

用鐵絲的一段綁住一小節火柴棒(不宜太多,否則木棒在氧氣中燃燒會消耗過量的氧氣),另一端用鑷子或坩堝鉗夾住,在酒精燈上點燃木棒,迅速伸入裝有氧氣的集氣瓶中,鐵絲被引燃後即看到鐵絲的燃燒,火星四射,發出耀眼白光並放出大量熱,生成熔融的灰黑色產物(可能會滴下,因此要在集氣瓶下部放少量沙,以防冷熱不均而炸裂;放水的效果不一定好)。

3 Fe + 2 O2點燃→ Fe3O4

有文獻指出燃燒時火星四射的現象源自於鐵中含有的碳等雜質。[2]

鐵和氯氣的反應[編輯 | 編輯原始碼]

鐵在氯氣中燃燒

將多根鐵絲纏在一起,用坩堝鉗夾住在酒精燈火焰上灼燒,待燒紅後迅速深入裝有氯氣的集氣瓶中,可以觀察到鐵絲立刻燃燒,產生棕黃色的煙並放熱:

2 Fe + 3 Cl2點燃→ 2 FeCl3

氯氣是強氧化劑,可以將鐵氧化至+3價。氯氣可由高錳酸鉀和鹽酸的反應製備,收集方法為排空氣法。

反應結束後,在集氣瓶底部加少量水並震盪,可以得到黃色的氯化鐵溶液。

鐵和硫的反應[編輯 | 編輯原始碼]

將升華硫與鐵粉按化學計量比均勻混合(鐵粉略過量),可以擺成一些筆畫連續的文字,將玻璃棒的一端加熱一段時間後,立刻與混合物相接觸,可以發現鐵粉在硫中燃燒,發出紅光,從一頭燒到另一頭,並伴有硫燃燒的為弱藍光。反應生成黑灰色的塊狀固體。

Fe + S —Δ→ FeS
S + O2點燃→ SO2(副反應)

注意事項[編輯 | 編輯原始碼]

實驗安全[編輯 | 編輯原始碼]

氯氣屬於劇毒物質,實驗時應在通風櫥內完成。如不慎少量吸入或有較多洩漏,應立刻撤離至室外呼吸新鮮空氣,若有不適,需要立刻就醫。

燃燒是放熱反應,應避免燙傷。且需要注意遠離可燃物區域。

藥品安全[編輯 | 編輯原始碼]

硫、高錳酸鉀和過氧化氫(濃度超過8%的)在中國大陸屬於易制爆類特殊危化品,鹽酸和高錳酸鉀在中國大陸屬於易製毒類特殊危化品,購買與使用應遵守當地法律法規。

硫應避免與強氧化劑直接混合,否則容易發生爆炸。

參考文獻[編輯 | 編輯原始碼]

  1. 《實驗室的魔法日常》S2E7 如何在空氣中點燃金屬. 2016.9.24
  2. 錢百成. 鐵絲在氧氣中燃燒為什麼會火星四射[J]. 化學教學, 2007(2):8-8.