Question

5．新型材料納米級鐵粉與普通鐵粉具有不同的性質(zhì)．已知：在不同溫度下，納米級鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的固體產(chǎn)物不同：溫度低于570℃時生成FeO，高于570℃時生成Fe₃O₄．甲同學(xué)用圖1所示裝置進(jìn)行納米級鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的實驗：

（1）該裝置中納米級鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式是Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$FeO+H₂．
乙同學(xué)用圖2所示裝置進(jìn)行納米級鐵粉與水蒸氣的反應(yīng)并驗證產(chǎn)物：
（2）裝置C的作用是制取水蒸氣．
（3）酒精燈和酒精噴燈都是實驗室常用的加熱儀器，在該實驗中應(yīng)先點燃酒精燈．
（4）不能撤除收集氣體產(chǎn)物裝置B的原因是氫氣遇明火可能發(fā)生爆炸．
（5）乙同學(xué)為探究實驗結(jié)束后試管內(nèi)的固體物質(zhì)成分，進(jìn)行了下列實驗：

實驗步驟	實驗操作	實驗現(xiàn)象
Ⅰ	將反應(yīng)后的黑色粉末X（假定成分分布均勻）取出少量，放入另一試管中，加入少量鹽酸，微熱	黑色粉末逐漸溶解，溶液呈淺綠色；有少量氣泡產(chǎn)生
Ⅱ	向?qū)嶒灑裰械玫降娜芤旱渭訋椎蜬SCN溶液，振蕩	溶液沒有出現(xiàn)紅色

乙同學(xué)認(rèn)為該條件下反應(yīng)的固體產(chǎn)物為FeO．丙同學(xué)認(rèn)為該結(jié)論不正確，他的理由是Fe+2H⁺═2Fe²⁺+H₂↑，2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺（用離子方程式表示）．
（6）丁同學(xué)稱取5.60 g鐵粉，用圖2所示裝置反應(yīng)一段時候后，停止加熱．將試管內(nèi)的固體物質(zhì)在干燥器中冷卻后，稱得質(zhì)量為6.88 g．然后將冷卻后的固體物質(zhì)與足量FeCl₃溶液充分反應(yīng)，消耗FeCl₃ 0.08 mol．則丁同學(xué)所做實驗的固體產(chǎn)物為Fe₃O₄．

Answer 1

分析 （1）Fe粉與水蒸氣在高溫下反應(yīng)生成Fe₃O₄和氫氣；
（2）裝置C用于制備水蒸氣；
（3）應(yīng)先提供水蒸氣，排除裝置內(nèi)的空氣；
（4）氫氣易燃燒，應(yīng)避免爆炸；
（5）如鐵粉過量，則不能生成Fe³⁺；
（6）鐵和水蒸氣反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣，結(jié)合固體質(zhì)量分析判斷生成物成分．

解答 解：（1）酒精燈的加熱溫度400～500℃，適用于溫度不需太高的實驗，所以本實驗中產(chǎn)物為FeO和氫氣，方程式為Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$FeO+H₂，
故答案為：Fe+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$FeO+H₂；
（2）反應(yīng)物為鐵和水蒸氣，則裝置C用于制備水蒸氣，故答案為：制取水蒸氣；
（3）反應(yīng)時，應(yīng)先點燃酒精燈，為反應(yīng)體系提供穩(wěn)定的水蒸氣氣流，故答案為：酒精燈；
（4）水蒸氣與鐵粉在酒精噴燈加強(qiáng)熱下生成四氧化三鐵和氫氣；因為氫氣在空氣中比重達(dá)到一定程度，遇明火就會發(fā)生爆炸，所以用裝置B收集氫氣，
故答案為：氫氣遇明火可能發(fā)生爆炸；
（5）有氣泡冒出，說明鐵有剩余，故可能是剩余的鐵將三價鐵離子還原為亞鐵離子，所以不能證明產(chǎn)物為氧化亞鐵，反應(yīng)的離子方程式為Fe+2H⁺═2Fe²⁺+H₂↑，2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，
故答案為：Fe+2H⁺═2Fe²⁺+H₂↑，2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺；
（6）由冷卻后的固體消耗FeCl₃0.08 mol可知剩余Fe為0.04 mol，故氧化物中n（Fe）=$\frac{5.60g}{56g/mol}$-0.04 mol=0.06 mol，n（O）=$\frac{6.88g-5.60g}{16g/mol}$=0.08 mol，即n（Fe）：n（O）=3：4，所得固體產(chǎn)物為Fe₃O₄．
故答案為：Fe₃O₄．

點評 本題考查性質(zhì)實驗方案的設(shè)計，為高頻考點，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實驗?zāi)芰�和計算能力的考查，把握高溫下鐵與水反應(yīng)及實驗中裝置的作用為解答的關(guān)鍵，題目難度中等．