Question

古代鐵匠常把燒紅的鐵器浸入水中急速冷卻，增加鐵器的硬度，此法稱為“淬火”．某興趣小組同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示實(shí)驗(yàn)，用以探究鐵與水高溫反應(yīng)后的產(chǎn)物．
查閱資料：常溫下沒(méi)有氧氣存在時(shí)，鐵與水幾乎不反應(yīng)，但高溫下鐵與水蒸氣能反應(yīng)，生成一種常見(jiàn)的鐵的氧化物和一種氣體．
（1）試管尾部放一團(tuán)濕棉花的目的是

 

該反應(yīng)中組成棉花的成分物質(zhì)不參與反應(yīng)，棉花也沒(méi)燃燒，棉花沒(méi)有燃燒的原因是

 

．
（2）探究生成的氣體是什么？
猜測(cè)1：氧氣
猜測(cè)2：氫氣
猜測(cè)3：二氧化硫；小紅認(rèn)為不需要做實(shí)驗(yàn)就可以排除猜想3，她的理由是

 

．
【實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證】：如圖把導(dǎo)管通入肥皂水中，產(chǎn)生的肥皂泡飄到空中．用燃著的木條靠近肥皂泡，有爆鳴聲，說(shuō)明生成的氣體是

 

．
（3）充分反應(yīng)后探究試管中剩余固體成分是什么？
【查閱資料】常見(jiàn)鐵的氧化物有三種：FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄，其中僅有Fe₂O₃為紅色，F(xiàn)eO、Fe₃O₄均為黑色，且只有Fe₃O₄有導(dǎo)磁性．三物質(zhì)均能與稀硫酸反應(yīng)而被“溶解”但無(wú)氣泡產(chǎn)生，三種物質(zhì)均不與硫酸銅溶液反應(yīng)．
【初步驗(yàn)證】試管中剩余固體為黑色，能全部被磁鐵吸引．
【猜想與假設(shè)】猜想一：剩余固體是Fe₃O₄；猜想二：剩余固體是

 

【實(shí)驗(yàn)探究】

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論
將反應(yīng)后得到的黑色粉末放入足量稀硫酸中		猜想一成立
將反應(yīng)后得到的黑色粉末放入足量的硫酸銅溶液中

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】鐵和水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)式為

 

；
【反思評(píng)價(jià)】生成固體物中不含有FeO和Fe₂O₃的原因是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)的組成成分以及含量,常見(jiàn)氣體的檢驗(yàn)與除雜方法,酸的化學(xué)性質(zhì),書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式、文字表達(dá)式、電離方程式

專題：科學(xué)探究

分析：實(shí)驗(yàn)探究鐵粉與水蒸氣反應(yīng)，當(dāng)然需要H₂O作為反應(yīng)物，結(jié)合燃燒的條件分析棉花沒(méi)有燃燒的原因，然后結(jié)合質(zhì)量守恒定律分析猜想3，有爆鳴聲、密度小，說(shuō)明該氣體是H₂；能被磁鐵吸引的只有Fe與Fe₃O₄，則猜想一是Fe₃O₄；又不可能只有Fe沒(méi)有其他反應(yīng)產(chǎn)物，所以猜想二是Fe₃O₄ 和Fe；驗(yàn)證猜想一與猜想二，關(guān)鍵是否含有Fe．根據(jù)“高溫下，鐵與水蒸氣能反應(yīng)生成一種常見(jiàn)鐵的氧化物和一種氣體”和猜想，書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；熟記常用物質(zhì)的性質(zhì)：如Fe₂O₃紅棕色粉末．

解答：解：（1）根據(jù)圖和“高溫下，鐵與水蒸氣能反應(yīng)”，可知試管尾部放一團(tuán)濕棉花的目的是提供水蒸氣，燃燒需要的條件有：可燃物、氧氣、溫度達(dá)到著火點(diǎn)，所以棉花也沒(méi)燃燒，棉花沒(méi)有燃燒的原因是：水汽化吸熱，溫度達(dá)不到棉花的著火點(diǎn)；
（2）根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，化學(xué)反應(yīng)前后元素種類不變，所以小紅認(rèn)為不需要做實(shí)驗(yàn)就可以排除猜想3，她的理由是：反應(yīng)物中沒(méi)有硫元素，
用燃著的木條靠近肥皂泡，有爆鳴聲，稍后有肥皂泡飄到空中．說(shuō)明生成的氣體具有可燃性、密度小于空氣，再根據(jù)反應(yīng)物為“鐵與水蒸氣”，說(shuō)明生成的氣體是氫氣；
【猜想與假設(shè)】能被磁鐵吸引的只有Fe與Fe₃O₄，猜想一是Fe₃O₄；又不可能只有Fe沒(méi)有其他反應(yīng)產(chǎn)物，猜想二是Fe₃O₄ 和Fe；驗(yàn)證猜想一與猜想二，關(guān)鍵是否含有Fe．
【實(shí)驗(yàn)探究】根據(jù)鐵與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體，進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：取少量剩余固體于試管中，向其中滴加足量稀鹽酸；固體全部溶解，沒(méi)有產(chǎn)生氣泡；將反應(yīng)后得到的黑色粉末放入足量的硫酸銅溶液中，沒(méi)有明顯現(xiàn)象，所以

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論
將反應(yīng)后得到的黑色粉末放入足量稀硫酸中	固體消失，無(wú)氣泡產(chǎn)生	猜想一成立
將反應(yīng)后得到的黑色粉末放入足量的硫酸銅溶液中	無(wú)明顯現(xiàn)象

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】鐵和水蒸氣在高溫的條件下反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，化學(xué)方程式為：3Fe+4H₂O

高溫  .

Fe₃O₄+4H₂↑；
【反思與交流】生成固體物中不含有FeO和Fe₂O₃的原因是：FeO、Fe₂O₃都不能被磁鐵吸引，氧化鐵是紅棕色．
故答案為：（1）提供水蒸氣，水汽化吸熱，溫度達(dá)不到棉花的著火點(diǎn)；
（2）反應(yīng)物中沒(méi)有硫元素，氫氣；
（3）【猜想與假設(shè)】猜想二：剩余固體是Fe₃O₄ 和Fe；
【實(shí)驗(yàn)探究】

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論
	固體消失，無(wú)氣泡產(chǎn)生
	無(wú)明顯現(xiàn)象

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】3Fe+4H₂O

高溫  .

Fe₃O₄+4H₂↑；
【反思與交流】FeO、Fe₂O₃都不能被磁鐵吸引，氧化鐵是紅棕色．

點(diǎn)評(píng)：本題考查鐵及其化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，題目難度較大，注意利用題目中的信息進(jìn)行書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式．