Question

（15分）新型材料納米級鐵粉與普通鐵粉具有不同的性質。已知：在不同溫度下，納米級鐵粉與水蒸氣反應的固體產物不同，溫度低于570℃時，生成FeO；高于570℃時，生成Fe3O4。

（1）寫出溫度高于570℃時反應的化學方程式

。

（2）中學教材中用下圖所示實驗裝置，完成鐵粉與水蒸氣反應的演示實驗。實驗中使用肥皂液的作用是 。

（3）如果提供給你3支試管、水槽、蒸發(fā)皿、膠塞、導管、酒精燈及其必要的儀器和物品，請在答題卷的方框中畫出你設計的實驗裝置示意圖（包括反應時容器中的物質）。

說明：①本題裝置示意圖中的儀器可以用下面的方式表示。

水槽： 試管： 蒸發(fā)皿： 玻璃導管： 或（但應標示出在液面上或液面下）

②鐵架臺、石棉網、酒精燈、玻璃導管之間的聯(lián)接膠管等，在示意圖中不必畫出。如需加熱，在需加熱的儀器下方，標以“△”表示。

（4）甲同學對實驗后的黑色固體產物X含有哪些物質進行了如下實驗：

實驗步驟	實驗操作	實驗現(xiàn)象
Ⅰ	取少量黑色固體產物X（假定成分分布均勻）放入試管中，加入鹽酸，微熱。	黑色粉末逐漸溶解，有少量氣泡產生。
Ⅱ	取實驗Ⅰ反應后的溶液少許，滴加幾滴KSCN溶液，振蕩。	溶液沒有出現(xiàn)血紅色。
Ⅲ	取實驗Ⅰ反應后的溶液少許，滴加幾滴酸性KMnO4溶液，振蕩。	高錳酸鉀溶液褪色。

 

根據以上實驗事實，能確定固體X中存在的物質是 ，但不能確定X的成分，原因是 。

（5）乙同學為了探究實驗后的固體產物是否存在Fe3O4設計下列實驗方案：

①取固體樣品m1 g，溶于足量的稀鹽酸；

②向①反應后的溶液中加入足量H2O2的和氨水，充分反應后，過濾、洗滌、干燥；

③將②中所得固體進行灼燒，得到紅棕色固體m2 g。

溶液X中發(fā)生氧化還原反應的離子方程式為 ；m1與m2的比值在 范圍內時，才能確定固體樣品中一定存在Fe3O4。

 

Answer 1

（15分）

（1）3Fe + 4H2O(g)Fe3O4 + 4H2（2分）

（2）檢驗反應中生成的H2（2分）

（4）Fe（1分） 不能確定是否含有Fe3O4或FeO，（1分）如果混合物中存在Fe3O4，溶于鹽酸生成的 Fe3+與 Fe反應會生成了 Fe2+；（1分）且溶液中的 Fe2+也有可能是 FeO與鹽酸反應的產物（1分）

（5）2Fe2++2H++H2O2＝2Fe3++2H2O（2分） 0.9＜≤0.97（2分）

【解析】

試題分析：（1）溫度高于570℃時鐵與水蒸氣反應生成四氧化三鐵和氫氣，所以化學方程式為3Fe + 4H2O(g)Fe3O4 + 4H2；

（2）使用肥皂液的目的是檢驗生成的氫氣，肥皂液產生氣泡，說明有氫氣生成；

（3）水蒸氣的產生需要給盛放水的試管加熱，水蒸氣通入盛放鐵粉的試管中，然后生成的氫氣用另一導氣管導出，用排水集氣法收集，裝置圖如下：；

（4）與鹽酸反應產生氣體，說明X中含有Fe；與KSCN溶液反應物紅色出現(xiàn)，說明實驗1后的溶液在無鐵離子，但不能說明X中無四氧化三鐵，因為即便X中含有四氧化三鐵，溶于鹽酸生成的 Fe3+與 Fe反應也會生成了 Fe2+；使高錳酸鉀溶液褪色，說明實驗1中的溶液中含有亞鐵離子，但不能說明X中含有FeO，因為鐵與鹽酸反應也生成亞鐵離子，所以不能確定是否含有Fe3O4或FeO；

（5）過氧化氫與亞鐵離子反應生成鐵離子和水，離子方程式為2Fe2++2H++H2O2＝2Fe3++2H2O；根據題意可知紅棕色固體為氧化鐵，若X全部是FeO，則m1與m2的關系利用鐵元素守恒得：m1×56/72=m2×112/160,所以=0.9，同理可得，若X全部是四氧化三鐵，則m1×168/232=m2×112/160, =0.97，所以證明X中含有四氧化三鐵的的取值范圍是0.9＜≤0.97。

考點：考查實驗的設計，離子方程式的書寫，反應的計算