Question

在常溫下，F(xiàn)e與水并不起反應，但在高溫下，F(xiàn)e與水蒸氣可發(fā)生反應． 應用下列裝置，在硬質(zhì)玻璃管中放入還原鐵粉和石棉絨的混合物，加熱，并通入水蒸氣，就可以完成高溫下“Fe與水蒸氣的反應實驗”． 請回答該實驗（圖1）中的問題．

（1）寫出該反應的化學方程式

 

，其中氧化劑是

 

，還原劑是

 

．8.4g鐵粉參加反應，轉(zhuǎn)移電子

 

mol．
（2）玻璃管中石棉絨的作用是

 

，實驗開始時應先點燃

 

，實驗結束時應先熄滅

 

．
（3）圓底燒瓶中盛裝的水，該裝置受熱后的主要作用是

 

；燒瓶里應事先放置

 

，其作用是

 

．
（4）該同學欲確定反應后硬質(zhì)試管中固體物質(zhì)的成分，設計了如下實驗方案：
①待硬質(zhì)試管冷卻后，取少許其中的固體物質(zhì)溶于稀硫酸得溶液B；
②取少量溶液B滴加KSCN溶液，若溶液變紅色則說明硬質(zhì)試管中固體物質(zhì)的成分是

 

，若溶液未變紅色則說明硬質(zhì)試管中固體物質(zhì)的成分是

 

．
（5）該同學按上述實驗方案進行了實驗，結果溶液未變紅色，原因是

 

．用離子方程式表示）．
（6）該同學馬上另取少量溶液B，使其跟NaOH溶液反應．若按圖2所示的操作，可觀察到生成白色沉淀，迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色的現(xiàn)象，請寫出與上述現(xiàn)象相關的反應的化學方程式

 

．
（7）一段時間后，該同學發(fā)現(xiàn)（4）中未變紅的溶液變成紅色，說明Fe²⁺具有

 

性．由此可知，實驗室中含F(xiàn)e²⁺的鹽溶液現(xiàn)用現(xiàn)配制的原因是

 

，并且配制含F(xiàn)e²⁺的鹽溶液時應加入少量

 

．

Answer 1

考點：性質(zhì)實驗方案的設計,鐵及其化合物的性質(zhì)實驗

專題：實驗設計題

分析：（1）對于鐵與水蒸氣反應的化學方程式，教材中已出現(xiàn)，很容易寫出化學方程式．還原劑的判定方法根據(jù)化合價升高的物質(zhì)，氧化劑是化合價降低的物質(zhì)；根據(jù)3Fe+4H₂O（g）

高溫  .

Fe ₃O₄+4 H₂；方程式中反應3mol鐵原子轉(zhuǎn)移8個電子；
（2）增大鐵粉與水蒸氣的接觸面；如果在一套裝置中需要兩處加熱，一定要注意點燃加熱儀器的順序，一般是根據(jù)實驗的安全性和對實驗結果的影響來考慮；
（3）反應物為水蒸氣與鐵；放碎瓷片的目的是防止沸騰事故發(fā)生；
（4）KSCN溶液溶液變紅色，說明有三價鐵離子；溶液未變紅色，說明無三價鐵離子；
（5）鐵單質(zhì)能將三價鐵離子還原成二價鐵離子；
（6）滴入NaOH溶液時，生成的白色沉淀氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵被氧氣氧化為氫氧化鐵，則白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色；
（7）鐵單質(zhì)能將三價鐵離子還原成二價鐵離子，F(xiàn)e²⁺具有還原性，F(xiàn)e²⁺易被空氣中的氧氣氧化而變質(zhì)，F(xiàn)e能還原Fe³⁺．

解答： 解：（1）鐵與水蒸氣發(fā)生氧化還原反應：3Fe+4H₂O

高溫  .

Fe₃O₄+4H₂，根據(jù)化合價升降來判斷氧化劑和還原劑．因鐵的化合價升高，所以鐵作還原劑，水中氫的化合價降低，水作氧化劑；根據(jù)3Fe+4H₂O（g）

高溫  .

Fe ₃O₄+4 H₂；方程式中反應3mol鐵原子轉(zhuǎn)移8個電子，設轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為X，
 3Fe～8e-
3×56      8mol
8.4g       xmol

3×56

8.4g

=

8mol

xmol

解得：x=0.4，
故答案為：3Fe+4H₂O（g）

高溫  .

Fe ₃O₄+4 H₂；H₂O；Fe；0.4；
（2）增大鐵粉與水蒸氣的接觸面；點燃加熱儀器的順序要考慮實驗的安全性和對實驗結果的影響，在本實驗中為了防止鐵與空氣中的氧氣在加強熱的條件下反應，應該先點燃酒精燈，用水蒸氣排盡裝置中的空氣；實驗結束時，先熄滅酒精燈，繼續(xù)通水蒸氣防止
故答案為：鐵粉的載體，增大鐵粉與水蒸氣的接觸面；酒精燈；酒精噴燈；
（3）因為反應物為水蒸氣與鐵，所以這里加熱的目的就是提供水蒸氣，燒瓶底部應事先放置碎瓷片，放碎瓷片的目的是防止沸騰事故發(fā)生，
故答案為：為實驗提供水蒸氣；碎瓷片；防止暴沸；
（4）KSCN溶液溶液變紅色，說明有三價鐵離子，說明硬質(zhì)試管中固體一定有Fe₃O₄，可能有Fe；KSCN溶液未變紅色，說明無三價鐵離子，一定有Fe₃O₄和Fe，
故答案為：一定有Fe₃O₄，可能有Fe；Fe₃O₄和Fe；
（5）鐵單質(zhì)能將三價鐵離子還原成三價鐵離子離子方程式，F(xiàn)e+2Fe³⁺=3Fe²⁺，所以加硫氰化鉀溶液不變紅色；
故答案為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（6）滴入NaOH溶液時，生成的白色沉淀氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵被氧氣氧化為氫氧化鐵，則白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色，發(fā)生的反應為FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案為：FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
（7）一段時間后，發(fā)現(xiàn)（4）中未變紅的溶液變成紅色，是因為空氣中的氧氣將Fe²⁺氧化為了Fe³⁺的原因，在此反應中Fe²⁺被氧化，體現(xiàn)還原性；Fe²⁺易被空氣中的氧氣氧化而變質(zhì)，所以實驗室中含F(xiàn)e²⁺的鹽溶液現(xiàn)用現(xiàn)配制；為了防止Fe²⁺被氧化，加鐵粉最好，發(fā)生反應：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，不引入新雜質(zhì)．
故答案為：還原；Fe²⁺ 易被空氣中的氧氣氧化而變質(zhì)；Fe．

點評：本題考查了物質(zhì)的制備、物質(zhì)成分的探究實驗，題目側(cè)重于考查學生的實驗探究能力和對基礎知識的綜合應用能力，注意把握鐵及其化合物的性質(zhì)以及鐵離子的檢驗方法，題目難度中等．