Question

5．小明記得在學(xué)習(xí)金屬活動(dòng)性順序的應(yīng)用時(shí)，老師曾說(shuō)過(guò)一般不會(huì)用K、Ca、Na等活潑金屬和鹽溶液進(jìn)行置換反應(yīng)，因?yàn)檫@些金屬能直接和水發(fā)生反應(yīng)生成對(duì)應(yīng)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(yīng)，2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑；
（2）鎂和冷水反應(yīng)緩慢，和沸水反應(yīng)劇烈，Mg+2H₂O═Mg（OH）₂+H₂↑；
（3）Al和沸水反應(yīng)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(yīng)的條件和產(chǎn)物有何不同和相似之處？
（1）相同點(diǎn)：都生成堿和氫氣；
（2）不同點(diǎn)：反應(yīng)的劇烈程度不同．
Ⅱ、小明對(duì)此非常好奇，在老師的幫助下，查閱了相關(guān)資料并做了鐵粉在高溫條件下和水蒸氣的反應(yīng)，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(shí)驗(yàn)進(jìn)行2分鐘后，用燃著的木條點(diǎn)燃肥皂泡，可以觀察到一團(tuán)火焰．同時(shí)發(fā)現(xiàn)玻璃管內(nèi)灰黑色物質(zhì)先紅熱，最終變成黑色晶體，整個(gè)實(shí)驗(yàn)持續(xù)10分鐘左右．
（1）你認(rèn)為該反應(yīng)為什么要在高溫下才能進(jìn)行？保證了四氧化三鐵、氧化鐵的分解；
（2）火焰的產(chǎn)生，說(shuō)明該反應(yīng)生成了氫氣，在點(diǎn)燃該氣體前，一定要檢驗(yàn)純度；
（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作應(yīng)該是先撤導(dǎo)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(guò)Ⅱ中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，大家對(duì)反應(yīng)后玻璃管中殘留的黑色物質(zhì)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(xué)認(rèn)為：猜想1、2、4明顯錯(cuò)誤，理由是氫氧化鐵、氫氧化亞鐵、氧化鐵熱穩(wěn)定性差；
對(duì)于其他猜想，同學(xué)們又做了如下實(shí)驗(yàn)：

	實(shí)驗(yàn)方案	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
甲	將磁鐵靠近黑色粉末	黑色粉末可被磁鐵全部吸引
乙	取少量黑色粉末加入稀鹽酸中	有氣泡

甲同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，認(rèn)為此黑色物質(zhì)是Fe₃O₄，但對(duì)于他的結(jié)論，乙同學(xué)認(rèn)為不妥，他的理由是鐵也能被磁鐵吸引；
根據(jù)甲、乙兩同學(xué)的實(shí)驗(yàn)，還可以排除猜想3、5，理由是氧化亞鐵、四氧化三鐵不會(huì)與稀鹽酸反應(yīng)生成氣體；
為進(jìn)一步確認(rèn)此黑色物質(zhì)，同學(xué)們?cè)俅芜M(jìn)行了實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)方案	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論或化學(xué)方程式
1、取實(shí)驗(yàn)后的黑色粉末，加入足量的A溶液，攪拌使反應(yīng)充分．	黑色物質(zhì)表面有紅色物質(zhì)，溶液顏色出現(xiàn)較淺的綠色，燒杯底部仍有較多黑色物質(zhì)	Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
2、過(guò)濾、洗滌、干燥，再用磁鐵吸引	黑色物質(zhì)可被磁鐵全部吸引，留下紅色固體	被磁鐵吸引的物質(zhì)是鐵

結(jié)合資料綜合分析，回答下列問(wèn)題：
（1）玻璃管中殘留的黑色物質(zhì)應(yīng)為碳，鐵粉和水蒸氣在高溫下反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂，屬于置換反應(yīng)；
（2）實(shí)驗(yàn)1中的A溶液為硫酸銅溶液，加A溶液的目的是驗(yàn)證黑色物質(zhì)中含有鐵．
Ⅳ、丙同學(xué)用定量的方法確定實(shí)驗(yàn)后玻璃管中黑色物質(zhì)的組成．方案如下：
將5.6gFe粉和足量的H₂O（氣）充分反應(yīng)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(yīng)，充分反應(yīng)后，稱得燒杯內(nèi)溶液質(zhì)量為157.15g．請(qǐng)根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算出7.2g黑色物質(zhì)的組成，確證上述探究結(jié)論．（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）
Ⅴ、反思評(píng)價(jià)：
（1）該氧化物又可以經(jīng)過(guò)此反應(yīng)的逆反應(yīng)生成顆粒很細(xì)的鐵粉．這種鐵粉具有很高的反應(yīng)活性，在空氣中受撞擊或加熱時(shí)會(huì)燃燒，所以俗稱“引火鐵”．寫(xiě)出此反應(yīng)的化學(xué)方程式：
Fe₃O₄+4H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+4H₂O；
（2）磚窯用粘土燒制青磚（顏色發(fā)黑的磚）時(shí)，窯內(nèi)溫度可達(dá)1150℃，F(xiàn)e₂O₃和H₂反應(yīng)生成FeO，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式Fe₂O₃+H₂$\frac{\underline{\;1150℃\;}}{\;}$2FeO+H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ根據(jù)三種金屬與水反應(yīng)的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)進(jìn)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(jìn)行分析；
（2）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，以及點(diǎn)燃可燃性氣體之前需要檢驗(yàn)純度進(jìn)行分析；
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作應(yīng)該是先撤導(dǎo)管，后熄滅酒精燈，防止水槽中水倒流，炸裂試管進(jìn)行分析；
Ⅲ根據(jù)質(zhì)量守恒定律結(jié)合題中的猜想、鐵的化合物的顏色等進(jìn)行分析；
根據(jù)氫氧化鐵、氫氧化亞鐵、氧化鐵受熱會(huì)發(fā)生分解，鐵和四氧化三鐵能被磁鐵吸引，鐵會(huì)與稀鹽酸反應(yīng)生成氫氣進(jìn)行分析；
根據(jù)亞鐵鹽在溶液中顯淺藍(lán)色進(jìn)行分析；
（1）根據(jù)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進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)鐵會(huì)將銅鹽中的銅置換出來(lái)，進(jìn)而驗(yàn)證混合物中含有鐵進(jìn)行分析；
Ⅳ根據(jù)鐵會(huì)與鹽酸反應(yīng)生成氫氣，固體和鹽酸反應(yīng)減少的質(zhì)量就是氫氣的質(zhì)量，可以求出鐵的含量，再求出四氧化三鐵的質(zhì)量；
Ⅴ（1）根據(jù)四氧化三鐵和氫氣在高溫的條件下反應(yīng)生成鐵和水進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)氧化鐵和氫氣在1150℃的條件下反應(yīng)生成氧化亞鐵和水進(jìn)行分析．

解答 解：Ⅰ通過(guò)分析三種金屬與水反應(yīng)的化學(xué)方程式可知，
（1）相同點(diǎn)：都生成堿和氫氣；
（2）不同點(diǎn)：反應(yīng)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(guò)分析可知，火焰的產(chǎn)生，說(shuō)明該反應(yīng)生成了氫氣，在點(diǎn)燃?xì)錃馇�，一定要檢驗(yàn)純度；
（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作應(yīng)該是先撤導(dǎo)管，后熄滅酒精燈，防止水槽中水倒流，炸裂試管；
Ⅲ通過(guò)分析題中的猜想可知，大家對(duì)反應(yīng)后玻璃管中殘留的黑色物質(zhì)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(xué)認(rèn)為：猜想1、2、4明顯錯(cuò)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(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，認(rèn)為此黑色物質(zhì)是Fe₃O₄，但對(duì)于他的結(jié)論，乙同學(xué)認(rèn)為不妥，他的理由是：鐵也能被磁鐵吸引；
根據(jù)甲、乙兩同學(xué)的實(shí)驗(yàn)，還可以排除猜想3、5，理由是：氧化亞鐵、四氧化三鐵不會(huì)與稀鹽酸反應(yīng)生成氣體；

實(shí)驗(yàn)方案	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論或化學(xué)方程式
1、取實(shí)驗(yàn)后的黑色粉末，加入足量的A溶液，攪拌使反應(yīng)充分．	黑色物質(zhì)表面有紅色物質(zhì)，溶液顏色出現(xiàn)較淺的綠色，燒杯底部仍有較多黑色物質(zhì)	Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
2、過(guò)濾、洗滌、干燥，再用磁鐵吸引	黑色物質(zhì)可被磁鐵全部吸引，留下紅色固體	被磁鐵吸引的物質(zhì)是鐵

（1）玻璃管中殘留的黑色物質(zhì)應(yīng)為碳，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$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂，該反應(yīng)滿足置換反應(yīng)的條件，屬于置換反應(yīng)；
（2）實(shí)驗(yàn)1中的A溶液為硫酸銅溶液，加A溶液的目的是：驗(yàn)證黑色物質(zhì)中含有鐵；
Ⅳ鐵會(huì)與鹽酸反應(yīng)生成氫氣，固體和鹽酸反應(yīng)減少的質(zhì)量就是氫氣的質(zhì)量，所以生成氫氣的質(zhì)量為：7.2g+150g-157.15g=0.05g，
設(shè)參加反應(yīng)的鐵的質(zhì)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(zhì)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(yīng)生成鐵和水，化學(xué)方程式為：Fe₃O₄+4H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3Fe+4H₂O；
（2）氧化鐵和氫氣在1150℃的條件下反應(yīng)生成氧化亞鐵和水，化學(xué)方程式為：Fe₂O₃+H₂$\frac{\underline{\;1150℃\;}}{\;}$2FeO+H₂O．
故答案為：Ⅰ（1）都生成堿和氫氣；
（2）反應(yīng)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(yàn)純度；
（3）撤導(dǎo)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(xué)認(rèn)為：猜想1、2、4明顯錯(cuò)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(huì)與稀鹽酸反應(yīng)生成氣體；

實(shí)驗(yàn)方案	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論或化學(xué)方程式
1、取實(shí)驗(yàn)后的黑色粉末，加入足量的A溶液，攪拌使反應(yīng)充分．	黑色物質(zhì)表面有紅色物質(zhì)，溶液顏色出現(xiàn)較淺的綠色，燒杯底部仍有較多黑色物質(zhì)	Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
2、過(guò)濾、洗滌、干燥，再用磁鐵吸引	黑色物質(zhì)可被磁鐵全部吸引，留下紅色固體	被磁鐵吸引的物質(zhì)是鐵

（1）碳，3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂，置換；
（2）硫酸銅，驗(yàn)證黑色物質(zhì)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(diǎn)評(píng) 在解此類(lèi)題時(shí)，首先分析題中考查的問(wèn)題，然后結(jié)合學(xué)過(guò)的知識(shí)和題中所給的知識(shí)進(jìn)行解答．