Question

在常温下，Fe与水并不起反应，但在高温下，Fe与水蒸气可发生反应． 应用下列装置，在硬质玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，加热，并通入水蒸气，就可以完成高温下“Fe与水蒸气的反应实验”． 请回答该实验（图1）中的问题．

（1）写出该反应的化学方程式

 

，其中氧化剂是

 

，还原剂是

 

．8.4g铁粉参加反应，转移电子

 

mol．
（2）玻璃管中石棉绒的作用是

 

，实验开始时应先点燃

 

，实验结束时应先熄灭

 

．
（3）圆底烧瓶中盛装的水，该装置受热后的主要作用是

 

；烧瓶里应事先放置

 

，其作用是

 

．
（4）该同学欲确定反应后硬质试管中固体物质的成分，设计了如下实验方案：
①待硬质试管冷却后，取少许其中的固体物质溶于稀硫酸得溶液B；
②取少量溶液B滴加KSCN溶液，若溶液变红色则说明硬质试管中固体物质的成分是

 

，若溶液未变红色则说明硬质试管中固体物质的成分是

 

．
（5）该同学按上述实验方案进行了实验，结果溶液未变红色，原因是

 

．用离子方程式表示）．
（6）该同学马上另取少量溶液B，使其跟NaOH溶液反应．若按图2所示的操作，可观察到生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色的现象，请写出与上述现象相关的反应的化学方程式

 

．
（7）一段时间后，该同学发现（4）中未变红的溶液变成红色，说明Fe²⁺具有

 

性．由此可知，实验室中含Fe²⁺的盐溶液现用现配制的原因是

 

，并且配制含Fe²⁺的盐溶液时应加入少量

 

．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计,铁及其化合物的性质实验

专题：实验设计题

分析：（1）对于铁与水蒸气反应的化学方程式，教材中已出现，很容易写出化学方程式．还原剂的判定方法根据化合价升高的物质，氧化剂是化合价降低的物质；根据3Fe+4H₂O（g）

高温  .

Fe ₃O₄+4 H₂；方程式中反应3mol铁原子转移8个电子；
（2）增大铁粉与水蒸气的接触面；如果在一套装置中需要两处加热，一定要注意点燃加热仪器的顺序，一般是根据实验的安全性和对实验结果的影响来考虑；
（3）反应物为水蒸气与铁；放碎瓷片的目的是防止沸腾事故发生；
（4）KSCN溶液溶液变红色，说明有三价铁离子；溶液未变红色，说明无三价铁离子；
（5）铁单质能将三价铁离子还原成二价铁离子；
（6）滴入NaOH溶液时，生成的白色沉淀氢氧化亚铁，氢氧化亚铁被氧气氧化为氢氧化铁，则白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色；
（7）铁单质能将三价铁离子还原成二价铁离子，Fe²⁺具有还原性，Fe²⁺易被空气中的氧气氧化而变质，Fe能还原Fe³⁺．

解答： 解：（1）铁与水蒸气发生氧化还原反应：3Fe+4H₂O

高温  .

Fe₃O₄+4H₂，根据化合价升降来判断氧化剂和还原剂．因铁的化合价升高，所以铁作还原剂，水中氢的化合价降低，水作氧化剂；根据3Fe+4H₂O（g）

高温  .

Fe ₃O₄+4 H₂；方程式中反应3mol铁原子转移8个电子，设转移电子物质的量为X，
 3Fe～8e-
3×56      8mol
8.4g       xmol

3×56

8.4g

=

8mol

xmol

解得：x=0.4，
故答案为：3Fe+4H₂O（g）

高温  .

Fe ₃O₄+4 H₂；H₂O；Fe；0.4；
（2）增大铁粉与水蒸气的接触面；点燃加热仪器的顺序要考虑实验的安全性和对实验结果的影响，在本实验中为了防止铁与空气中的氧气在加强热的条件下反应，应该先点燃酒精灯，用水蒸气排尽装置中的空气；实验结束时，先熄灭酒精灯，继续通水蒸气防止
故答案为：铁粉的载体，增大铁粉与水蒸气的接触面；酒精灯；酒精喷灯；
（3）因为反应物为水蒸气与铁，所以这里加热的目的就是提供水蒸气，烧瓶底部应事先放置碎瓷片，放碎瓷片的目的是防止沸腾事故发生，
故答案为：为实验提供水蒸气；碎瓷片；防止暴沸；
（4）KSCN溶液溶液变红色，说明有三价铁离子，说明硬质试管中固体一定有Fe₃O₄，可能有Fe；KSCN溶液未变红色，说明无三价铁离子，一定有Fe₃O₄和Fe，
故答案为：一定有Fe₃O₄，可能有Fe；Fe₃O₄和Fe；
（5）铁单质能将三价铁离子还原成三价铁离子离子方程式，Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，所以加硫氰化钾溶液不变红色；
故答案为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（6）滴入NaOH溶液时，生成的白色沉淀氢氧化亚铁，氢氧化亚铁被氧气氧化为氢氧化铁，则白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，发生的反应为FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案为：FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
（7）一段时间后，发现（4）中未变红的溶液变成红色，是因为空气中的氧气将Fe²⁺氧化为了Fe³⁺的原因，在此反应中Fe²⁺被氧化，体现还原性；Fe²⁺易被空气中的氧气氧化而变质，所以实验室中含Fe²⁺的盐溶液现用现配制；为了防止Fe²⁺被氧化，加铁粉最好，发生反应：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，不引入新杂质．
故答案为：还原；Fe²⁺ 易被空气中的氧气氧化而变质；Fe．

点评：本题考查了物质的制备、物质成分的探究实验，题目侧重于考查学生的实验探究能力和对基础知识的综合应用能力，注意把握铁及其化合物的性质以及铁离子的检验方法，题目难度中等．