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(qiáng)的磁性，能用作高密度磁記錄的介質(zhì)以及高效催化劑等．實(shí)驗(yàn)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(xué)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(yīng)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(yīng)的固體產(chǎn)物不同：溫度低于570℃時(shí)生成FeO，高于570℃時(shí)生成Fe₃O₄．
甲同學(xué)用如圖2所示裝置進(jìn)行納米級Fe粉與水蒸氣的實(shí)驗(yàn)：
（4）該裝置中納米級Fe粉與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式是Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+H₂；
乙同學(xué)用如圖3所示裝置進(jìn)行納米級Fe粉與水蒸氣的反應(yīng)并驗(yàn)證產(chǎn)物：
（5）裝置C的作用是制取水蒸氣．
（6）乙同學(xué)為探究實(shí)驗(yàn)結(jié)束后試管內(nèi)的固體物質(zhì)成分，進(jìn)行了如表實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
Ⅰ	將反應(yīng)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(chǎn)生
Ⅱ	向?qū)嶒?yàn)I中得到的溶液滴加幾滴KSCN溶液，振蕩	溶液沒有出現(xiàn)血紅色

乙同學(xué)認(rèn)為該條件下反應(yīng)的固體產(chǎn)物為FeO．丙同學(xué)認(rèn)為該結(jié)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(xué)稱取5.60gFe粉，用乙的裝置反應(yīng)一段時(shí)候后，停止加熱．將試管內(nèi)的固體物質(zhì)在干燥
器中冷卻后，稱得質(zhì)量為6.88g．然后將冷卻后的固體物質(zhì)與足量FeCl₃溶液充分反應(yīng)，消耗FeCl₃
的0.08mol．丁同學(xué)實(shí)驗(yàn)的固體產(chǎn)物為Fe₃O₄．

Answer 1

分析 I．帶結(jié)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(xué)反應(yīng)為FeCl₂+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+2HCl；
（1）根據(jù)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(yīng)物質(zhì)表面積越大，反應(yīng)速率越快；
（3）FeCl₂•nH₂O固體加熱脫水時(shí)，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(yīng)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(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，結(jié)合固體質(zhì)量分析判斷生成物成分．

解答 解：I．帶結(jié)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(xué)反應(yīng)為FeCl₂+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+2HCl；
（1）根據(jù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)，
故答案為：納米級Fe粉與空氣接觸面積大，反應(yīng)速率快；
（3）FeCl₂•nH₂O固體加熱脫水通時(shí)，亞鐵離子能水解生成氫氧化亞鐵和氯化氫，為防止FeCl₂水解，F(xiàn)eCl₂•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(yīng)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(yīng)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(yīng)生成亞鐵離子，反應(yīng)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(zhì)量為5.6g，則n（Fe）=0.1mol，如果這些Fe完全和水蒸氣反應(yīng)，那么應(yīng)該生成$\frac{0.1}{3}$mol 的Fe₃O₄，m（Fe₃O₄）=$\frac{0.1}{3}$×M（Fe₃O₄）=7.73g，但是現(xiàn)在只產(chǎn)生了 6.88g 的 固體，就表明 Fe 沒有完全反應(yīng)，還有剩余，則固體產(chǎn)物為Fe₃O₄，
故答案為：Fe₃O₄．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點(diǎn)，涉及方程式的計(jì)算、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、反應(yīng)速率影響，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?jì)算能力的考查，把握高溫下鐵與水反應(yīng)及實(shí)驗(yàn)中裝置的作用為解答的關(guān)鍵，題目難度中等．