Question

19．某研究小組為了探究“鐵與水蒸氣”能否發(fā)生反應(yīng)及反應(yīng)的產(chǎn)物，進行了下列實驗：用如圖所示實驗裝置，在硬質(zhì)玻璃管B中放入鐵粉和石棉絨的混合物，再結(jié)合一些步驟，就可以完成髙溫下“Fe與水蒸氣的反應(yīng)實驗”（己知石棉絨是耐高溫材料，不與水和鐵反應(yīng)）．
Ⅰ．探究“鐵與水蒸氣”能否發(fā)生反應(yīng)
（1）如何檢查該裝置的氣密性將C處導(dǎo)氣管末端浸入水槽中，加熱A處圓底燒瓶，導(dǎo)管末端出現(xiàn)氣泡，停止加熱后導(dǎo)管末端出現(xiàn)一段水柱，則氣密性好，否則氣密性不好
（2）實驗中石棉絨的作用是增大鐵粉與水蒸氣的接觸面積．
（3）反應(yīng)一段時間后，有肥皂泡吹起時，用點燃的火柴靠近肥皂泡，當(dāng)肥皂泡破裂，有爆鳴聲時（填實驗現(xiàn)象），說明“鐵與水蒸氣”能夠進行反應(yīng)，寫出鐵與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂ ．
Ⅱ．探究“鐵與水蒸氣”反應(yīng)的產(chǎn)物
（1）假設(shè)還原鐵粉反應(yīng)完全，黑色固體為某種單一成分，為研究黑色固體成分，該研究小組甲同學(xué)提出以下假設(shè)：
假設(shè)一：黑色固體全部是Fe₃O₄  假設(shè)二：黑色固體全部是Fe₂O₃  假設(shè)三：黑色固體全部是FeO
乙同學(xué)認(rèn)為即使不通過實驗就可以否定甲同學(xué)的一個假設(shè)，你認(rèn)為乙同學(xué)否認(rèn)的假設(shè)是假設(shè)二，理由是由于Fe₂O₃為紅棕色粉末．則可以根據(jù)固體顏色直接否定假設(shè)二．
（2）若假設(shè)一正確，請設(shè)計實驗加以驗證，完成下列表格（儀器自選）．
限選實驗試劑：1mol•L^-1硫酸、2mol•L^-1NaOH溶液、新制氯水、澄清石灰水、酸性KMnO₄溶液、KSCN溶液、品紅溶液．

實驗步驟	預(yù)期實驗現(xiàn)象與結(jié)論
取反應(yīng)后干燥的固體于試管中，加入足量的1mol•L-1硫酸溶解

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）檢查裝置的氣密性有加熱法和液壓法，從本裝置的情況看，應(yīng)該選用加熱法；
（2）從石棉絨疏松，表面積大，能夠增大鐵粉與水蒸氣的接觸面積的角度分析；
（3）爆鳴聲說明有氫氣生成，即可說明“鐵與水蒸氣”能夠進行反應(yīng)，鐵在高溫下與水反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，反應(yīng)方程式為：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂ ；
Ⅱ、（1）一九氧化鐵為紅色固體分析；
（2）要驗證固體產(chǎn)物中鐵元素的價態(tài)，應(yīng)該先將固體溶解，考慮到可能有鐵單質(zhì)剩余，會與三價鐵離子反應(yīng)，所以要先除去鐵單質(zhì)，選用的試劑是硫酸銅溶液；剩余的固體則應(yīng)用稀硫酸溶解，接著確定檢驗相應(yīng)離子的試劑，三價鐵離子用的是硫氰化鉀溶液，而檢驗二價鐵則從限選試劑中只能用高錳酸鉀溶液，利用二價鐵離子的還原性，據(jù)此進行解答．

解答 解：Ⅰ、（1）利用加熱法檢驗該裝置氣密性，將C處將導(dǎo)管伸入水槽，并微熱A處圓底燒瓶，現(xiàn)象是導(dǎo)管末端出現(xiàn)氣泡，停止加熱后導(dǎo)管末端出現(xiàn)一段水柱，則氣密性良好，
故答案為：將C處導(dǎo)氣管末端浸入水槽中，加熱A處圓底燒瓶，導(dǎo)管末端出現(xiàn)氣泡，停止加熱后導(dǎo)管末端出現(xiàn)一段水柱，則氣密性好，否則氣密性不好；
（2）石棉絨疏松，表面積大，能夠增大鐵粉與水蒸氣的接觸面積，使氫氣與鐵粉充分接觸而反應(yīng)，
故答案為：增大鐵粉與水蒸氣的接觸面積；
（3）鐵與水蒸氣生成氫氣，不純的氫氣在點燃時會有爆鳴聲，有肥皂泡吹起時，用點燃的火柴靠近肥皂泡，肥皂泡破裂，有爆鳴聲，鐵在高溫下與水反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，反應(yīng)方程式為：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂ ，
故答案為：肥皂泡破裂，有爆鳴聲，3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂ ；
II．（1）假設(shè)一：黑色固體全部是Fe₃O₄  假設(shè)二：黑色固體全部是Fe₂O₃  假設(shè)三：黑色固體全部是FeO
乙同學(xué)認(rèn)為即使不通過實驗就可以否定甲同學(xué)的一個假設(shè)為假設(shè)二，氧化鐵為紅色固體，不是黑色固體，則可以根據(jù)固體顏色直接否定假設(shè)二，
故答案為：假設(shè)二；由于Fe₂O₃為紅棕色粉末．則可以根據(jù)固體顏色直接否定假設(shè)二；
（2）驗證固體產(chǎn)物中鐵元素的價態(tài)，先要將固體溶解，但考慮到可能有鐵單質(zhì)剩余，會和三價鐵離子反應(yīng)，所以要先除去鐵單質(zhì)，選用的試劑是硫酸銅溶液，然后，剩余的固體則應(yīng)用稀硫酸溶解（因為硝酸的氧化性會氧化二價鐵），接著確定檢驗相應(yīng)離子的試劑，三價鐵離子用的是硫氰化鉀溶液，而檢驗二價鐵則從限選試劑中只能用高錳酸鉀溶液，利用二價鐵離子的還原性，
故答案為：

實驗步驟	預(yù)期實驗現(xiàn)象與結(jié)論
①取少量上述溶液于一試管中，滴加1〜2滴KSCN溶液 ②另取少量上述溶液于另一試管中，滴加2〜3滴酸性KMnO4溶液	①溶液變紅色，則反應(yīng)后的固體中含有+3價的鐵 ②溶液不顯紫色，則反應(yīng)后的固體中含有+2價的鐵，綜合上述步驟①②可知假設(shè)一正確．

點評 本題考查鐵及其化合物性質(zhì)，題目難度中等，涉及鐵與水蒸氣的反應(yīng)、氣密性的檢驗、實驗方案設(shè)計、二價鐵、三價鐵離子的檢驗方法等知識，試題知識點較多、充分考查學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實驗?zāi)芰Γ?/p>