5.小明記得在學習金屬活動性順序的應用時,老師曾說過一般不會用K、Ca、Na等活潑金屬和鹽溶液進行置換反應,因為這些金屬能直接和水發(fā)生反應生成對應的堿和氫氣.小明查閱資料如下:
【資料卡片】:
(1)Na和冷水劇烈反應,2Na+2H2O═2NaOH+H2↑;
(2)鎂和冷水反應緩慢,和沸水反應劇烈,Mg+2H2O═Mg(OH)2+H2↑;
(3)Al和沸水反應非常緩慢,2Al+6H2O═2Al(OH)3+3H2↑;
Ⅰ、從上述資料中,你能得出金屬和水反應的條件和產物有何不同和相似之處?
(1)相同點:都生成堿和氫氣;
(2)不同點:反應的劇烈程度不同.
Ⅱ、小明對此非常好奇,在老師的幫助下,查閱了相關資料并做了鐵粉在高溫條件下和水蒸氣的反應,裝置如下圖所示:
【資料卡片】:
A、鐵的氧化物的熱穩(wěn)定性順序是FeO(黑色)>Fe3O4>Fe2O3,且Fe3O4有磁性;
B、Fe2O3分解溫度在1400℃以上,F(xiàn)e3O4分解溫度在1538℃以上;
C、Fe(OH)2是一種白色固體,在空氣很快變成灰綠色,最終變?yōu)榧t褐色.
實驗進行2分鐘后,用燃著的木條點燃肥皂泡,可以觀察到一團火焰.同時發(fā)現(xiàn)玻璃管內灰黑色物質先紅熱,最終變成黑色晶體,整個實驗持續(xù)10分鐘左右.
(1)你認為該反應為什么要在高溫下才能進行?保證了四氧化三鐵、氧化鐵的分解;
(2)火焰的產生,說明該反應生成了氫氣,在點燃該氣體前,一定要檢驗純度;
(3)實驗結束后,所進行的實驗操作應該是先撤導管,后熄滅酒精燈.這樣做的目的是防止水槽中水倒流,炸裂試管.
Ⅲ、通過Ⅱ中的實驗現(xiàn)象,大家對反應后玻璃管中殘留的黑色物質的成分猜想如下:
1:Fe(OH)3;2:Fe(OH)2;3:FeO;4:Fe2O3;5:Fe3O4;6:Fe.(可多填)
甲同學認為:猜想1、2、4明顯錯誤,理由是氫氧化鐵、氫氧化亞鐵、氧化鐵熱穩(wěn)定性差;
對于其他猜想,同學們又做了如下實驗:
實驗方案實驗現(xiàn)象
將磁鐵靠近黑色粉末黑色粉末可被磁鐵全部吸引
取少量黑色粉末加入稀鹽酸中有氣泡
甲同學根據(jù)實驗現(xiàn)象,認為此黑色物質是Fe3O4,但對于他的結論,乙同學認為不妥,他的理由是鐵也能被磁鐵吸引;
根據(jù)甲、乙兩同學的實驗,還可以排除猜想3、5,理由是氧化亞鐵、四氧化三鐵不會與稀鹽酸反應生成氣體;
為進一步確認此黑色物質,同學們再次進行了實驗:
實驗方案實驗現(xiàn)象結論或化學方程式
1、取實驗后的黑色粉末,加入足量的A溶液,攪拌使反應充分.黑色物質表面有紅色物質,溶液顏色出現(xiàn)較淺的綠色,燒杯底部仍有較多黑色物質Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
2、過濾、洗滌、干燥,再用磁鐵吸引黑色物質可被磁鐵全部吸引,留下紅色固體被磁鐵吸引的物質是鐵
結合資料綜合分析,回答下列問題:
(1)玻璃管中殘留的黑色物質應為碳,鐵粉和水蒸氣在高溫下反應的化學方程式為:3Fe+4H2O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe3O4+4H2,屬于置換反應;
(2)實驗1中的A溶液為硫酸銅溶液,加A溶液的目的是驗證黑色物質中含有鐵.
Ⅳ、丙同學用定量的方法確定實驗后玻璃管中黑色物質的組成.方案如下:
將5.6gFe粉和足量的H2O(氣)充分反應后,得到7.2g黑色固體,再將此黑色固體加入150g足量稀鹽酸中繼續(xù)反應,充分反應后,稱得燒杯內溶液質量為157.15g.請根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算出7.2g黑色物質的組成,確證上述探究結論.(寫出計算過程)
Ⅴ、反思評價:
(1)該氧化物又可以經過此反應的逆反應生成顆粒很細的鐵粉.這種鐵粉具有很高的反應活性,在空氣中受撞擊或加熱時會燃燒,所以俗稱“引火鐵”.寫出此反應的化學方程式:
Fe3O4+4H2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+4H2O;
(2)磚窯用粘土燒制青磚(顏色發(fā)黑的磚)時,窯內溫度可達1150℃,F(xiàn)e2O3和H2反應生成FeO,寫出該反應的化學方程式Fe2O3+H2$\frac{\underline{\;1150℃\;}}{\;}$2FeO+H2O.

分析 Ⅰ根據(jù)三種金屬與水反應的相同點和不同點進行分析;
Ⅱ(1)根據(jù)鐵的氧化物的熱穩(wěn)定性順序是FeO(黑色)>Fe3O4>Fe2O3進行分析;
(2)根據(jù)質量守恒定律,以及點燃可燃性氣體之前需要檢驗純度進行分析;
(3)根據(jù)實驗結束后,所進行的實驗操作應該是先撤導管,后熄滅酒精燈,防止水槽中水倒流,炸裂試管進行分析;
Ⅲ根據(jù)質量守恒定律結合題中的猜想、鐵的化合物的顏色等進行分析;
根據(jù)氫氧化鐵、氫氧化亞鐵、氧化鐵受熱會發(fā)生分解,鐵和四氧化三鐵能被磁鐵吸引,鐵會與稀鹽酸反應生成氫氣進行分析;
根據(jù)亞鐵鹽在溶液中顯淺藍色進行分析;
(1)根據(jù)鐵和水蒸氣在高溫的條件下反應生成四氧化三鐵和氫氣進行分析;
(2)根據(jù)鐵會將銅鹽中的銅置換出來,進而驗證混合物中含有鐵進行分析;
Ⅳ根據(jù)鐵會與鹽酸反應生成氫氣,固體和鹽酸反應減少的質量就是氫氣的質量,可以求出鐵的含量,再求出四氧化三鐵的質量;
Ⅴ(1)根據(jù)四氧化三鐵和氫氣在高溫的條件下反應生成鐵和水進行分析;
(2)根據(jù)氧化鐵和氫氣在1150℃的條件下反應生成氧化亞鐵和水進行分析.

解答 解:Ⅰ通過分析三種金屬與水反應的化學方程式可知,
(1)相同點:都生成堿和氫氣;
(2)不同點:反應的劇烈程度不同;
Ⅱ(1)鐵的氧化物的熱穩(wěn)定性順序是FeO(黑色)>Fe3O4>Fe2O3,所以高溫的目的是:保證了四氧化三鐵、氧化鐵的分解;
(2)通過分析可知,火焰的產生,說明該反應生成了氫氣,在點燃氫氣前,一定要檢驗純度;
(3)實驗結束后,所進行的實驗操作應該是先撤導管,后熄滅酒精燈,防止水槽中水倒流,炸裂試管;
Ⅲ通過分析題中的猜想可知,大家對反應后玻璃管中殘留的黑色物質的成分猜想有:1:Fe(OH)3;2:Fe(OH)2;3:FeO;4:Fe2O3;5:Fe3O4;6:Fe;
甲同學認為:猜想1、2、4明顯錯誤,理由是:氫氧化鐵、氫氧化亞鐵、氧化鐵熱穩(wěn)定性差;
甲同學根據(jù)實驗現(xiàn)象,認為此黑色物質是Fe3O4,但對于他的結論,乙同學認為不妥,他的理由是:鐵也能被磁鐵吸引;
根據(jù)甲、乙兩同學的實驗,還可以排除猜想3、5,理由是:氧化亞鐵、四氧化三鐵不會與稀鹽酸反應生成氣體;

實驗方案實驗現(xiàn)象結論或化學方程式
1、取實驗后的黑色粉末,加入足量的A溶液,攪拌使反應充分.黑色物質表面有紅色物質,溶液顏色出現(xiàn)較淺的綠色,燒杯底部仍有較多黑色物質Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
2、過濾、洗滌、干燥,再用磁鐵吸引黑色物質可被磁鐵全部吸引,留下紅色固體被磁鐵吸引的物質是鐵
(1)玻璃管中殘留的黑色物質應為碳,鐵和水蒸氣在高溫的條件下反應生成四氧化三鐵和氫氣化學方程式為:3Fe+4H2O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe3O4+4H2,該反應滿足置換反應的條件,屬于置換反應;
(2)實驗1中的A溶液為硫酸銅溶液,加A溶液的目的是:驗證黑色物質中含有鐵;
Ⅳ鐵會與鹽酸反應生成氫氣,固體和鹽酸反應減少的質量就是氫氣的質量,所以生成氫氣的質量為:7.2g+150g-157.15g=0.05g,
設參加反應的鐵的質量為x,
Fe+2HCl=FeCl2+H2
56            2
x            0.05g
  $\frac{56}{x}$=$\frac{2}{0.05g}$
   x=1.4g
四氧化三鐵的質量為:7.2g-1.4g=5.8g,
所以混合物包括鐵1.4g,四氧化三鐵5.8g;
Ⅴ(1)四氧化三鐵和氫氣在高溫的條件下反應生成鐵和水,化學方程式為:Fe3O4+4H2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+4H2O;
(2)氧化鐵和氫氣在1150℃的條件下反應生成氧化亞鐵和水,化學方程式為:Fe2O3+H2$\frac{\underline{\;1150℃\;}}{\;}$2FeO+H2O.
故答案為:Ⅰ(1)都生成堿和氫氣;
(2)反應的劇烈程度不同;
Ⅱ(1)保證了四氧化三鐵、氧化鐵的分解;
(2)氫氣,檢驗純度;
(3)撤導管,熄滅酒精燈,防止水槽中水倒流,炸裂試管;
ⅢFe3O4,F(xiàn)e;
甲同學認為:猜想1、2、4明顯錯誤,理由是:氫氧化鐵、氫氧化亞鐵、氧化鐵熱穩(wěn)定性差;
鐵也能被磁鐵吸引;
3、5,氧化亞鐵、四氧化三鐵不會與稀鹽酸反應生成氣體;
實驗方案實驗現(xiàn)象結論或化學方程式
1、取實驗后的黑色粉末,加入足量的A溶液,攪拌使反應充分.黑色物質表面有紅色物質,溶液顏色出現(xiàn)較淺的綠色,燒杯底部仍有較多黑色物質Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
2、過濾、洗滌、干燥,再用磁鐵吸引黑色物質可被磁鐵全部吸引,留下紅色固體被磁鐵吸引的物質是鐵
(1)碳,3Fe+4H2O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe3O4+4H2,置換;
(2)硫酸銅,驗證黑色物質中含有鐵;
Ⅳ混合物包括鐵1.4g,四氧化三鐵5.8g;
Ⅴ(1)Fe3O4+4H2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+4H2O;
(2)Fe2O3+H2$\frac{\underline{\;1150℃\;}}{\;}$2FeO+H2O.

點評 在解此類題時,首先分析題中考查的問題,然后結合學過的知識和題中所給的知識進行解答.

練習冊系列答案
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FeCl2溶液FeCl3溶液
加入Fe粉無明顯變化溶液變成淺綠色
加KSCN溶液無明顯變化溶液變成紅色
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①取少量的黑色固體于試管中,滴加適量的稀鹽酸
②向步驟①所得的溶液中,滴加KSCN溶液
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加KSCN溶液后,溶液變成紅色
甲組用CO還原Fe2O3反應的化學方程式是CO+3Fe2O3$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe3O4+CO2
乙組:
固體溶解,有氣泡冒出
加KSCN溶液后,溶液顏色無明顯變化
黑色固體的成分是Fe
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20.實驗室中用如下實驗來研究鐵、鋁、銅三種金屬活動順序及其在活動順序表中相對氫的位置.
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(1)發(fā)熱劑需接觸到空氣才會發(fā)熱,原因是鐵要與氧氣、水共同作用才會生銹.

(2)“取暖片”中的氯化鈉作用是②(填序號)
①溶于水放熱     ②加快鐵生銹    ③沒有任何用途
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Ⅱ.乙同學測定一包已變質“取暖片”中Fe2O3的質量分數(shù).取10g已變質“取暖片”樣品與過量的木炭粉混合,如圖2所示裝置完成實驗.
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②充分反應后,乙同學測定b中的試劑增加了3.3g,b中的試劑是氫氧化鈉溶液,發(fā)生反應的化學方程式為CO2+2NaOH═Na2CO3+H2O.
③請幫乙同學求出已變質的“取暖片”樣品中Fe2O3的質量分數(shù).

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