Question

17．某同學(xué)利用右圖所示裝置進(jìn)行鐵跟水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，并繼續(xù)研究鐵及其化合物的部分性質(zhì)．
（1）試管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄ +4H₂．
（2）該同學(xué)欲確定反應(yīng)一段時(shí)間后試管中固體物質(zhì)的成分，設(shè)計(jì)了如下方案：
①待試管冷卻，取其中固體少許溶于稀鹽酸得溶液B；
②取少量溶液B滴加KSCN溶液，若溶液變紅，則試管中固體是（只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意）A，若溶液未變紅，則試管中固體是（只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意）C．
A．一定有Fe₃O₄，可能有Fe    
B．只有Fe（OH）₃
C．一定有Fe₃O₄和Fe
D．一定有Fe（OH）₃，可能有FeE．只有Fe₃O₄
（3）該同學(xué)按上述方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，溶液未變紅色，原因是2FeCl₃+Fe═3FeCl₂（用化學(xué)方程式表示）．
（4）該同學(xué)馬上另取少量溶液B，使其跟NaOH溶液反應(yīng)．若按圖1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(qǐng)寫出與上述現(xiàn)象相關(guān)的反應(yīng)的化學(xué)方程式FeCl₂+2NaOH=Fe（OH）₂↓+2NaCl、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（5）一段時(shí)間后，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)（3）中未變紅的溶液變成紅色．由此可知，實(shí)驗(yàn)室FeCl₂溶液需現(xiàn)用現(xiàn)配制的原因是FeCl₂易被空氣中的氧氣氧化為FeCl₃而變質(zhì)，并且配制時(shí)應(yīng)加入少量鐵粉．
（6）乙同學(xué)為了獲得持久白色的Fe（OH）₂沉淀，準(zhǔn)備用圖2所示裝置，用煮沸的蒸餾水配制的NaOH溶液與新制的FeSO₄溶液反應(yīng)．反應(yīng)開始時(shí)，打開止水夾的目的是用產(chǎn)生的氫氣排盡試管A、B中的空氣；一段時(shí)間后，關(guān)閉止水夾，在試管B（填“A”或“B”）中觀察到白色的Fe（OH）₂．

Answer 1

分析 （1）鐵粉與水蒸氣反應(yīng)產(chǎn)物為四氧化三鐵和氫氣；
（2）四氧化三鐵中有+2價(jià)的鐵和+3價(jià)的鐵，KSCN溶液溶液變紅色，說(shuō)明有三價(jià)鐵離子；還有可能有過(guò)量的鐵；若溶液未變紅，過(guò)量的鐵，可能將三價(jià)鐵離子全部轉(zhuǎn)化成二價(jià)鐵離子；
（3）鐵單質(zhì)能將三價(jià)鐵離子還原成二價(jià)鐵離子；
（4）滴入NaOH溶液時(shí)，生成的白色沉淀Fe（OH）₂迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色Fe（OH）₃；
（5）鐵單質(zhì)能將三價(jià)鐵離子還原成二價(jià)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)；
（6）為了獲得持久白色的Fe（OH）₂沉淀，必須通過(guò)蒸餾水煮沸、排除裝置中的空氣等辦法使得氫氧化亞鐵生成在一個(gè)無(wú)氧的環(huán)境中．

解答 解：（1）鐵在高溫下與水反應(yīng)，生成四氧化三鐵和氫氣，反應(yīng)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；
（2）鐵和水蒸氣反應(yīng)，產(chǎn)物為四氧化三鐵和氫氣，反應(yīng)后試管中固體物質(zhì)一定有Fe₃O₄，還可能有沒(méi)反應(yīng)完全的鐵粉，取少許其中的固體物質(zhì)溶于稀鹽酸后，滴加KSCN溶液，若溶液變紅色則說(shuō)明試管中固體物質(zhì)的成分一定含F(xiàn)e₃O₄；若溶液未變紅色，是因?yàn)楣腆w物質(zhì)中既含F(xiàn)e₃O₄又含F(xiàn)e，溶于鹽酸后發(fā)生反應(yīng)Fe+2Fe³⁺═2Fe²⁺，導(dǎo)致Fe³⁺被還原，溶液才未變紅色，
故答案為：A；C；
（3）結(jié)果溶液未變紅色，原因是加入稀鹽酸時(shí)發(fā)生反應(yīng)：2FeCl₃+Fe═3FeCl₂，
故答案為：2FeCl₃+Fe═3FeCl₂；
（4）溶液B中含F(xiàn)e²⁺，滴入NaOH溶液后，發(fā)生反應(yīng)：FeCl₂+2NaOH=Fe（OH）₂↓+2NaCl，生成Fe（OH）₂是白色沉淀．沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色，是典型的Fe（OH）₂被氧化為Fe（OH）₃的現(xiàn)象，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案為：FeCl₂+2NaOH=Fe（OH）₂↓+2NaCl、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
（5）一段時(shí)間后，兩同學(xué)發(fā)現(xiàn)（3）中未變紅的溶液變成紅色，是因?yàn)榭諝庵械难鯕鈱�Fe²⁺氧化為了Fe³⁺的原因，在此反應(yīng)中Fe²⁺被氧化，體現(xiàn)還原性．為了防止Fe²⁺被氧化，加鐵粉最好，發(fā)生反應(yīng)：Fe+2FeCl₃=3FeCl₂，不引入新雜質(zhì)，
故答案為：FeCl₂易被空氣中的氧氣氧化為FeCl₃而變質(zhì)；鐵粉；
（6）用煮沸的蒸餾水配制的NaOH溶液與新制的FeSO₄溶液反應(yīng)；反應(yīng)開始時(shí)，要打開止水夾，利用鐵粉和稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣排出試管A、B中的空氣，使整個(gè)裝置不含氧氣．在對(duì)B試管的出氣管排出的氫氣驗(yàn)純之后，關(guān)閉止水夾，由于產(chǎn)生的氫氣無(wú)法排出，試管A中的壓強(qiáng)將增大，最終將A試管中生成的FeSO₄溶液壓入NaOH溶液中，故Fe（OH）₂在B試管生成，
故答案為：用產(chǎn)生的氫氣排盡試管A、B中的空氣；B．

點(diǎn)評(píng) 本題考查鐵及其化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，題目難度中等，注意三價(jià)鐵離子與二價(jià)鐵離子的轉(zhuǎn)化，F(xiàn)e³⁺和Fe²⁺ 的檢驗(yàn)、Fe²⁺的還原性以及Fe（OH）₂的制備．