Question

1．Ⅰ．新型材料納米級Fe粉與普通的還原性能鐵粉有很大的差異，納米級Fe粉表面積大、具有超強的磁性，能用作高密度磁記錄的介質以及高效催化劑等．實驗室采用氣相還原法制備納米級Fe，其流程如圖1：
（1）生成納米級Fe的化學方程式為FeCl₂+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+2HCl．
（2）納米級Fe粉在空氣中易自燃成黑色固體，但是生活中的鐵絲或鐵粉在空氣中加熱也不能燃燒，其原因是納米級Fe粉與氣體接觸面大，反應速率快．
（3）FeCl₂•nH₂O固體加熱脫水通常要通入干燥的HCl氣流，理由是HCl抑制FeCl₂水解，且通入的HCl氣體可帶走水蒸氣．
Ⅱ．查閱資料：在不同溫度下，納米級Fe粉與水蒸氣反應的固體產物不同：溫度低于570℃時生成FeO，高于570℃時生成Fe₃O₄．
甲同學用如圖2所示裝置進行納米級Fe粉與水蒸氣的實驗：
（4）該裝置中納米級Fe粉與水蒸氣反應的化學方程式是Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+H₂；
乙同學用如圖3所示裝置進行納米級Fe粉與水蒸氣的反應并驗證產物：
（5）裝置C的作用是制取水蒸氣．
（6）乙同學為探究實驗結束后試管內的固體物質成分，進行了如表實驗：

實驗步驟	實驗操作	實驗現象
Ⅰ	將反應后得到黑色粉末X（假定為均勻的），取出少量放入另一試管中，加入少量鹽酸，微熱	黑色粉末逐漸溶解，溶液呈淺綠色；有少量氣泡產生
Ⅱ	向實驗I中得到的溶液滴加幾滴KSCN溶液，振蕩	溶液沒有出現血紅色

乙同學認為該條件下反應的固體產物為FeO．丙同學認為該結論不正確，他的理由是2Fe³⁺+Fe=3 Fe²⁺用離子方程式表示）．
（7）丁同學稱取5.60gFe粉，用乙的裝置反應一段時候后，停止加熱．將試管內的固體物質在干燥
器中冷卻后，稱得質量為6.88g．然后將冷卻后的固體物質與足量FeCl₃溶液充分反應，消耗FeCl₃
的0.08mol．丁同學實驗的固體產物為Fe₃O₄．

Answer 1

分析 I．帶結晶水的氯化亞鐵加熱脫水得到FeCl₂，N₂、H₂、FeCl₂在高溫條件下得到納米級Fe，發(fā)生的化學反應為FeCl₂+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+2HCl；
（1）根據流程圖可知，在高溫條件下用氫氣還原氯化亞鐵可得納米級Fe；
（2）反應物質表面積越大，反應速率越快；
（3）FeCl₂•nH₂O固體加熱脫水時，亞鐵離子能水解生成氫氧化亞鐵和氯化氫，為防止水解可以將其在HCl范圍中加熱；
II．（4）Fe粉與水蒸氣在加熱條件下反應生成FeO和氫氣；
（5）裝置C用于制備水蒸氣；
（6）如鐵粉過量，則不能生成Fe³⁺；
（7）鐵和水蒸氣反應生成四氧化三鐵和氫氣，結合固體質量分析判斷生成物成分．

解答 解：I．帶結晶水的氯化亞鐵加熱脫水得到FeCl₂，N₂、H₂、FeCl₂在高溫條件下得到納米級Fe，發(fā)生的化學反應為FeCl₂+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+2HCl；
（1）根據流程圖可知，在高溫條件下用氫氣還原氯化亞鐵可得納米級F，反應方程式為FeCl₂+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+2HCl，故答案為：FeCl₂+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+2HCl；
（2）納米級Fe粉與空氣接觸面積大，反應速率快，所以納米級Fe粉在空氣中易自燃成黑色固體，生活中的鐵絲或鐵粉表面積較小，所以很難反應，
故答案為：納米級Fe粉與空氣接觸面積大，反應速率快；
（3）FeCl₂•nH₂O固體加熱脫水通時，亞鐵離子能水解生成氫氧化亞鐵和氯化氫，為防止FeCl₂水解，FeCl₂•nH₂O固體加熱脫水通常要通入干燥的HCl氣體，HCl能抑制FeCl₂水解，且通入的HCl氣體可帶走水蒸氣，利于FeCl₂•nH₂O固體脫水，
故答案為：干燥的HCl氣體； HCl能抑制FeCl₂水解，且通入的HCl氣體可帶走水蒸氣；
（4）Fe粉與水蒸氣在加熱條件下反應生成FeO和氫氣，方程式為Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+H₂，
故答案為：Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+H₂；
（5）反應物為鐵和水蒸氣，則裝置C用于制備水蒸氣，故答案為：制取水蒸氣；
（6）如鐵粉過量，鐵離子能與鐵反應生成亞鐵離子，反應方程式為：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，不能確定是否為FeO，故答案為：2Fe³⁺+Fe=3 Fe²⁺；
（7）3Fe+4H₂O═Fe₃O₄ +4H₂ Fe的質量為5.6g，則n（Fe）=0.1mol，如果這些Fe完全和水蒸氣反應，那么應該生成$\frac{0.1}{3}$mol 的Fe₃O₄，m（Fe₃O₄）=$\frac{0.1}{3}$×M（Fe₃O₄）=7.73g，但是現在只產生了 6.88g 的 固體，就表明 Fe 沒有完全反應，還有剩余，則固體產物為Fe₃O₄，
故答案為：Fe₃O₄．

點評 本題考查物質制備，為高頻考點，涉及方程式的計算、氧化還原反應、離子反應、反應速率影響，側重于學生的分析能力、實驗能力和計算能力的考查，把握高溫下鐵與水反應及實驗中裝置的作用為解答的關鍵，題目難度中等．