铁与稀硫酸的反应原理
铁与稀硫酸的反应是化学中一个经典的置换反应。其化学方程式为：Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑。在这个反应中，金属铁（Fe）与稀硫酸（H₂SO₄）发生作用，铁原子失去电子被氧化成亚铁离子（Fe²⁺），而硫酸中的氢离子（H⁺）得到电子被还原成氢气（H₂）。生成的硫酸亚铁（FeSO₄）是一种浅绿色的可溶性盐，通常以水合物的形式存在。这个反应生动地展示了金属活动性顺序表中氢之前金属的共性：它们能与非氧化性酸反应，置换出酸中的氢。
实验现象与实际应用
在实验室进行该反应时，可以观察到明显的现象。将铁钉或铁屑放入盛有稀硫酸的试管中，会立即看到铁表面有大量无色气泡产生，这正是氢气。同时，溶液的颜色会从无色逐渐变为浅绿色，这是硫酸亚铁溶液的特征颜色。反应过程中还会释放热量，使试管微微发热。这一反应不仅在教学中用于验证金属活动性和酸的通性，在工业上也有重要应用。例如，硫酸亚铁是制备其他铁化合物、净水剂、肥料和染料的原料。此外，该反应用于金属表面除锈，因为稀硫酸能溶解铁表面的氧化物。
反应条件与注意事项
值得注意的是，该反应的成功进行依赖于特定的条件。首先，必须使用稀硫酸而非浓硫酸。因为浓硫酸具有强氧化性，在常温下会使铁发生“钝化”，生成致密的氧化膜阻止反应进一步进行；加热时则会发生复杂的氧化还原反应，生成硫酸铁、二氧化硫和水，而非氢气。其次，铁的选择也影响反应速率，粉末状或表面积较大的铁反应更剧烈。在操作时需注意安全，氢气易燃易爆，实验应在通风良好、远离明火的环境中进行。生成的硫酸亚铁溶液在空气中久置易被氧化为黄褐色的三价铁盐，这解释了为何新制的溶液颜色更为鲜亮。