Question

3．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． 應用圖1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”． 請回答該實驗中的問題．
（1）寫出該反應的化學方程式3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe ₃O₄+4H₂，
（2）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)的成分是一定有Fe₃O₄，可能有Fe，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Fe₃O₄和Fe．
（3）該同學按上述實驗方案進行了實驗，結(jié)果溶液未變紅色，原因是Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺（用離子方程式表示）．
（4）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(guān)的反應的化學方程式FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（5）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⁺具有還原 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Fe²⁺易被空氣中的氧氣氧化而變質(zhì)，并且配制含F(xiàn)e²⁺的鹽溶液時應加入少量鐵粉．

Answer 1

分析 （1）鐵與水蒸氣發(fā)生氧化還原反應，生成四氧化三鐵和氫氣，據(jù)此書寫化學方程式；
（2）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；
（3）鐵單質(zhì)能將三價鐵離子還原成二價鐵離子；
（4）滴入NaOH溶液時，生成的白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色；
（5）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)，鐵粉能與三價鐵離子反應生成二價鐵離子．

解答 解：（1）鐵與水蒸氣發(fā)生氧化還原反應，生成四氧化三鐵和氫氣，方程式：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe ₃O₄+4H₂；
故答案為：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe ₃O₄+4H₂；
（2）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；
（3）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⁺，
故答案為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（4）滴入NaOH溶液時，生成的白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色，該反應為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；
（5）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)，鐵粉能與三價鐵離子反應生成二價鐵離子，所以配制含F(xiàn)e²⁺的鹽溶液時應加入少量 鐵粉；
故答案為：還原；Fe²⁺ 易被空氣中的氧氣氧化而變質(zhì)；鐵粉．

點評 本題以鐵與水的反應考查氧化還原反應，明確物質(zhì)的性質(zhì)及反應中元素的化合價變化，掌握鐵和水蒸氣反應的原理和產(chǎn)物的檢驗是解答的關(guān)鍵，注意不同價態(tài)鐵元素之間的轉(zhuǎn)化．