Question

在一定條件下用普通鐵粉和水蒸氣反應(yīng)，可以得到鐵的氧化物，該氧化物又可以經(jīng)過此反應(yīng)的逆反應(yīng)，生成顆粒很細(xì)的鐵粉，這種鐵粉具有很高的反應(yīng)活性，在空氣中受撞擊或受熱時(shí)會燃燒，所以俗稱“引火鐵”，請分別用下圖中示意的兩套儀器裝置，制取上速鐵的氧化物和“引火鐵”，實(shí)驗(yàn)中必須使用普通鐵粉、6molL-1鹽酸，其它試劑自選（裝置中必要的鐵架臺、鐵夾、鐵圈、石棉網(wǎng)、加熱設(shè)備等在圖中均已略去）。

        

    填寫下列空白：

（1）實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)試管A中應(yīng)加入的試劑是        

燒瓶B的作用是        ；

    燒瓶C的作用是         

    在試管D中收集得到的是         

    （2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，U型管G中應(yīng)加入的試劑是         

       分液漏斗H中應(yīng)加入          

      （3）兩套裝置中，在實(shí)驗(yàn)時(shí)需要加熱的儀器是（填該儀器對應(yīng)字母）           

      （4）燒瓶I中發(fā)生的反應(yīng)有時(shí)要加入少量硫酸銅溶液，其目的是          

      （5）試管E中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是          

      （6）為了安全，在E管中的反應(yīng)發(fā)生前，在F出口處必須  ；E管中反應(yīng)開始后，在F出口處應(yīng)          

Answer 1

（1）普通鐵粉；作為水蒸氣發(fā)生器；防止水倒吸；氫氣。

           （2）固體NaOH（或堿石灰、CaO等堿性固體干燥劑；6mol·L^-1HCl）

    （3）A、B、E

    （4）加快氫氣產(chǎn)生的速度

    （5）

    （6）檢驗(yàn)氫氣的純度；點(diǎn)燃?xì)錃?/p>
解析:

  這是一這典型的功能性信息給予實(shí)驗(yàn)題，①題給新信息是制取‘引火鐵”的反應(yīng)原理需同學(xué)們推理寫出②“引火鐵”的特性③兩套未曾見過的新裝置。解答中首先閱讀題干“在一定條件下用普通鐵粉和水蒸氣反應(yīng)，可以得到鐵的氧化物�！甭�(lián)想學(xué)過的反應(yīng)：

      （普通鐵粉）

        由此反應(yīng)推知制取“引火鐵”的新反應(yīng)為

（引火鐵）

      即題中涉及鐵的氧化物是Fe3O4（不是Fe2O3，也不是FeO），一定條件是指高溫。

    然后．仔細(xì)觀察兩套實(shí)驗(yàn)裝置，可發(fā)現(xiàn)左邊裝置有用排水法收集反應(yīng)生成氣體（D試管）一定是H2，由此確認(rèn)左邊裝置為制取鐵的氧化物，而右邊裝置用于制取“引火鐵”，這是本題解題的突破口，然后綜合運(yùn)用有關(guān)實(shí)驗(yàn)的知識和技能，結(jié)合對裝置圖的觀察加工，即可解題如下：

 （1）A中應(yīng)加入普通鐵粉，B是作為水蒸氣發(fā)生器，因反應(yīng)產(chǎn)生的H₂可能不連續(xù)，C瓶為防止水槽中的水倒吸而作緩沖瓶（較難），D中收集到的是H₂。

（2）右邊的裝置氣流是從右到左，燒瓶I和分液漏斗H的組合一定是H₂發(fā)生裝置，所用試劑自然是普通鐵粉和6mol、L^-1 鹽酸，所以制得的H₂中含有HCl氣體和H₂O（氣），在制取“引火鐵”之前必須凈化、干燥，由此U形管G中應(yīng)加入固體堿性干燥劑NaOH或堿石灰。

    （3）根據(jù)題給兩個(gè)反應(yīng)的條件都是“高溫”和要制取水蒸氣的要求，可知實(shí)驗(yàn)時(shí)需要加熱的儀器為A、B、E。

  ．（4）聯(lián)想到課本習(xí)題（《化學(xué)選修第三冊》P62第4題），在Zn和稀H₂SO₄反應(yīng)制取H₂時(shí)加入少量CuSO₄溶液能使制取H₂的反應(yīng)加快，可知，在I中加入少量CuSO4溶液，其目的是加快H₂的生成速度，原因是形成了無數(shù)微小的Fe-Cu原電池，加快了反應(yīng)（析氫腐蝕）的進(jìn)行。

   （5） 試管E中的反應(yīng)自然是制取“引火鐵”的反應(yīng)。其關(guān)鍵在于反應(yīng)物是Fe₃O₄而不是鐵的其它氧化物。

   （6）結(jié)合初中H₂還原CuO的實(shí)驗(yàn)可知，H₂在加熱或點(diǎn)燃前一定要先驗(yàn)純，所不同的是，本實(shí)驗(yàn)還要盡可能避免空氣進(jìn)入試管E，使制取的高活性的“引火鐵”受熱燃燒、所以要加帶導(dǎo)管F的橡皮塞。此外E管反應(yīng)后，為了防止F出口處的水蒸氣凝結(jié)，堵塞出氣口或回流到試管E將其炸裂，因此E管反應(yīng)后，F(xiàn)出口處應(yīng)點(diǎn)燃H₂。

本題以化學(xué)實(shí)報(bào)實(shí)銷驗(yàn)為依托全面考查了觀察、實(shí)驗(yàn)、思維、自學(xué)等諸多能力。其特點(diǎn)是：①題給新信息盡管很隱蔽，但仍源于課本；所給裝置是由常用儀器裝置重新組合而成的新穎、非常規(guī)裝置。②設(shè)計(jì)儀器裝置、選用藥品時(shí)都打破常規(guī)，體現(xiàn)創(chuàng)新精神。如用燒瓶C作安全瓶；制取“引火鐵”的裝置順序不是一般的從左→右，而是從右→左；氣體的干燥、凈化不用洗氣裝置也不用干燥管，而用U形管G代替；E試管的F出口不向下而是向上，引出剩余純凈的不污染空氣的H₂要點(diǎn)燃處理等。

      由此可見，直接觀察事物的表象，這僅僅是認(rèn)識的第一個(gè)環(huán)節(jié)，觀察之后，還必須經(jīng)過思考進(jìn)行初步加工。所謂初步加工，就是將從觀察中得到的印象初步加以分析，從中提取事物的特征；或者在對事物的觀察中，歸納出同類事物共有的特性；還包括對所獲信息進(jìn)行分類，歸納出表象的規(guī)律，從而作出正確的判斷。凡此種種，構(gòu)成了觀察能力。