Question

4．某同學欲在實驗室中完成Fe與水蒸氣反應(yīng)的實驗，裝置如圖甲、乙兩種．

已知B中放入的是鐵與石棉絨的混合物，C中放的是干燥劑，E為酒精噴燈，G為帶有鐵絲網(wǎng)罩的酒精燈．
Ⅰ．對比兩裝置，回答下列問題：
（1）如何檢查乙裝置的氣密性？向H中加入水沒過導(dǎo)管口，連接好裝置，微熱K，若H中導(dǎo)管口出現(xiàn)氣泡，停止加熱后導(dǎo)管中出現(xiàn)水柱，證明氣密性良好．
（2）乙裝置中濕沙子的作用是提供水蒸氣．
（3）B處發(fā)生反應(yīng)的化學方程式：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．
（4）該同學認為欲在乙裝置的尖嘴導(dǎo)管處點燃反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，裝置H必不可少，H的作用是冷凝水蒸氣．
（5）對比甲、乙兩裝置的B和K，B的優(yōu)點是使用石棉絨，增大水蒸氣與Fe粉接觸面積，加快反應(yīng)速率．
Ⅱ．某同學為了研究一定時間內(nèi)鐵粉的轉(zhuǎn)化率，用圖中的甲裝置設(shè)計了如下實驗：準確稱量一定質(zhì)量的鐵粉進行反應(yīng)，收集并測量反應(yīng)后生成的氣體體積，計算鐵粉的轉(zhuǎn)化率．
①用排水法收集并測量氣體體積可選圖中的乙裝置．

②稱取mg鐵粉與適量石棉絨混合，然后加熱至無氣體放出．若收集的氣體體積換算為標準狀況為VL，鐵粉的轉(zhuǎn)化率為（列出計算式即可）$\frac{\frac{V}{22.4}mol×\frac{3}{4}×56g/mol}{m}$×100%．
③為了證明反應(yīng)后的固體混合物中含有+3價的Fe，該同學取出少量混合物于試管中，加入足量的鹽酸，溶解后過濾，立即向溶液中滴加KSCN溶液，結(jié)果觀察到溶液的顏色沒變化．經(jīng)過思考，該同學認為此現(xiàn)象不能說明反應(yīng)后的固體混合物中不含有+3價Fe．他的理由是：鐵粉可能有剩余，剩余鐵粉會與Fe³⁺反應(yīng)，將Fe³⁺溶液中完全還原為Fe²⁺．

Answer 1

分析 I．（1）將H中加入水沒過導(dǎo)管口，利用微熱法檢驗氣密性；
（2）加熱濕沙子可提供水蒸氣；
（3）B處Fe與水蒸氣反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣；
（4）裝置H可使水蒸氣與氫氣分離；
（5）對比甲、乙兩裝置的B和K可知，B中使用石棉絨，增大水蒸氣與Fe粉接觸面積；
II．①甲中長導(dǎo)管進氣，無法將水排出，乙可排水收集；
②n（H₂）=$\frac{V}{22.4}$mol，由3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂可知，n（Fe）=$\frac{V}{22.4}$mol×$\frac{3}{4}$，以此計算；
③若反應(yīng)中Fe剩余，F(xiàn)e與鐵離子反應(yīng)．

解答 解：Ⅰ．（1）檢查乙裝置的氣密性的方法為向H中加入水沒過導(dǎo)管口，連接好裝置，微熱K，若H中導(dǎo)管口出現(xiàn)氣泡，停止加熱后導(dǎo)管中出現(xiàn)水柱，證明氣密性良好，
故答案為：向H中加入水沒過導(dǎo)管口，連接好裝置，微熱K，若H中導(dǎo)管口出現(xiàn)氣泡，停止加熱后導(dǎo)管中出現(xiàn)水柱，證明氣密性良好；
（2）乙裝置中濕沙子的作用是提供水蒸氣，
故答案為：提供水蒸氣；
（3）B處發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂，
故答案為：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（4）乙裝置的尖嘴導(dǎo)管處點燃反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，裝置H必不可少，H的作用是冷凝水蒸氣，與氫氣分離，
故答案為：冷凝水蒸氣；
（5）對比甲、乙兩裝置的B和K，B的優(yōu)點是使用石棉絨，增大水蒸氣與Fe粉接觸面積，加快反應(yīng)速率，
故答案為：使用石棉絨，增大水蒸氣與Fe粉接觸面積，加快反應(yīng)速率；
Ⅱ．①甲中長導(dǎo)管進氣，無法將水排出，乙可排水收集，故答案為：乙；
②n（H₂）=$\frac{V}{22.4}$mol，由3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂可知，n（Fe）=$\frac{V}{22.4}$mol×$\frac{3}{4}$，鐵粉的轉(zhuǎn)化率為$\frac{\frac{V}{22.4}mol×\frac{3}{4}×56g/mol}{m}$×100%，
故答案為：$\frac{\frac{V}{22.4}mol×\frac{3}{4}×56g/mol}{m}$×100%；
③若反應(yīng)中Fe剩余，F(xiàn)e與鐵離子反應(yīng)，則現(xiàn)象不能說明反應(yīng)后的固體混合物中不含有+3價Fe，其理由為鐵粉可能有剩余，剩余鐵粉會與Fe³⁺反應(yīng)，將Fe³⁺溶液中完全還原為Fe²⁺，故答案為：鐵粉可能有剩余，剩余鐵粉會與Fe³⁺反應(yīng)，將Fe³⁺溶液中完全還原為Fe²⁺．

點評 本題考查性質(zhì)實驗方案的設(shè)計，為高頻考點，把握實驗裝置的作用、物質(zhì)的性質(zhì)、發(fā)生的反應(yīng)、實驗技能為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實驗?zāi)芰Φ目疾�，注意元素化合物知識與實驗的結(jié)合，題目難度不大．