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    10．在高温下，铁与水蒸气能发生反应生成一种常见铁的氧化物和一种气体，某学习小组的同学对此反应很感兴趣，在小组集体协作下设计了如图实验，以探究铁粉与水蒸气反应后的产物，也邀请你一起来完成下列探究：

    【猜想与假设】猜想一：生成的气体可能是氢气；猜想二：生成的气体可能是氧气．
    【实验探究】将生成的气体通入C装置．球形管里装有碱石灰干燥剂．导管口蘸些肥皂水（或洗涤剂溶液），控制气体流速，吹出肥皂泡．当肥皂泡吹到一定大时，轻轻摆动导管，肥皂泡脱离管口后，气泡上升．用燃着的木条靠近肥皂泡，有爆鸣声．
    【推断】生成的气体是氢气．
    （3）探究试管中剩余固体成分是什么？
    【查阅资料】
    1．铁的氧化物①只有是Fe2O3红棕色，其余FeO、Fe3O4均为黑色；
    ②只有Fe3O4能被磁铁吸引．
    2．铁的氧化物都能与盐酸反应，但没有气体生成．
    【初步验证】试管中剩余固体为黑色，能全部被磁铁吸引．
    【猜想与假设】猜想一：剩余固体是Fe3O4；
                            猜想二：剩余固体是Fe与Fe3O4．
    【实验探究】
    实验操作实验现象及结论
    　取少量黑色固体于试管中，加入足量稀盐酸无气泡产生，黑色固体是Fe3O4
    【实验结论】铁与水蒸气反应的化学方程式为：3Fe+4H2O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe3O4+4H2．
    （3）【拓展延伸】
    Ⅰ．铁、镁混合物5.6g与足量稀硫酸反应，生成的氢气质量不可能是（　　）
    A.0.2gB.0.3gC.0.4gD.0.5g
    Ⅱ．某同学为探究铁合金中铁的质量分数，先后进行了四次实验（铁合金中除铁外，其余成分不与稀硫酸反应），实验数据如表．根据该同学的实验，试回答以下问题：
    第一次第二次第三次第四次
    所取合金的质量∕g10102030
    所加稀硫酸的质量∕g10012080X
    生成氢气的质量∕g0.20.20.2Y
    （1）表中第四次实验中，合金里的铁恰好与稀硫酸完全反应，则其中X=240Y=0.6．
    （2）该铜铁合金中铁的质量分数是多少？（第②题写出计算过程）

    分析 有爆鸣声、密度小，说明是H2；能被磁铁吸引的只有Fe与Fe3O4，则猜想一Fe与Fe3O4；又不可能只有Fe没有其他反应产物，猜想二是Fe3O4；验证猜想一与猜想二，关键是否含有Fe．根据“高温下，铁与水蒸气能反应生成一种常见铁的氧化物和一种气体”和猜想，书写化学方程式；铁会和硫酸反应；铝也会和硫酸反应；依据经验公式：氢气的质量=金属的质量×$\frac{金属的化合价}{金属的相对原子质量}$，假设5.6g全部是铁或全是镁代入金属的质量计算出氢气的质量，即可判断生成氢气的范围．
    一、二次实验相比说明10g合金与足量硫酸反应最多生成0.2g氢气；一、三次实验相比说明80g稀硫酸与足量合金反应最多生成0.2g氢气．即10g合金与80g稀硫酸恰好完全反应生成0.2g氢气．由此可以得到X、Y的值．由第四次实验数据根据化学方程式可以计算出合金中铁的质量分数．

    解答 解：【推断】用燃着的木条靠近肥皂泡，有爆鸣声，稍后有肥皂泡飘到空中．说明生成的气体具有可燃性、密度小于空气，再根据反应物为“铁与水蒸气”，所以是氢气；
    【猜想与假设】能被磁铁吸引的只有Fe与Fe3O4，则猜想一Fe3O4；又不可能只有Fe没有其他反应产物，猜想二是Fe与Fe3O4；验证猜想一与猜想二，关键是否含有Fe．
    【实验探究】根据铁与稀盐酸反应产生气体，进行设计实验：

    实验操作实验现象及结论
    取少量黑色固体于试管中，加入足量的稀盐酸无气泡产生，黑色固体是Fe3O4．
    【实验结论】根据“高温下，铁与水蒸气能反应生成一种常见铁的氧化物和一种气体”和猜想，所以铁和水蒸气反应会生成四氧化三铁和氢气，化学方程式为：3Fe+4H2O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe3O4+4H2；
    【拓展延伸】
    Ⅰ．假设5.6g全部是铁，则生成氢气的质量=5.6g×$\frac{2}{56}$=0.2g；假设5.6g全部是镁，则生成氢气的质量=5.6g×$\frac{2}{24}$=0.47g；所以铁粉、铝粉的混合物5.6g与足量的稀硫酸完全反应，则反应中生成氢气的质量范围是0.2g＜氢气＜0.47g；故选：AD．
    Ⅱ．一、二次实验相比说明10g合金与足量硫酸反应最多生成0.2g氢气；一、三次实验相比说明80g稀硫酸与足量合金反应最多生成0.2g氢气．即10g合金与80g稀硫酸恰好完全反应生成0.2g氢气．
    10g：30g=80g：X，解得X=240g；
    10g：30g=0.2g：Y，解得Y=0.6g．
    （2）设铁合金中铁的质量分数为x．
    Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
    56              2
    30g×x          0.6g
    $\frac{56}{30g×x}=\frac{2}{0.6g}$
    x=56%
    答：①X  240g，Y 0.6；
    ②铁合金中铁的质量分数为56%．
    故答案为：
    【推断】氢气；
    （3）【猜想与假设】猜想二：Fe与Fe3O4；
    【实验探究】
    实验操作实验现象及结论
    取少量黑色固体于试管中，加入足量的稀盐酸无气泡产生，黑色固体是Fe3O4．
    【实验结论】3Fe+4H2O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe3O4+4H2；
    【拓展延伸】Ⅰ．AD．
    Ⅱ．①X  240，Y 0.6；
    ②铁合金中铁的质量分数为56%．

    点评 本题考查铁及其化合物的性质实验，题目难度较大，注意利用题目中的信息进行书写化学方程式．

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    ④除去CO中少量的CO2，通入足量的澄清石灰水
    ⑤除去N2中少量的O2，通过足量灼热铜网
    ⑥碳粉中混有少量氧化铜粉末，加水过滤．
    A．③④⑤B．②③④⑤C．②④⑤D．①④⑤⑥

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