Question

2．在没有氧气存在时，铁与水几乎不反应，但高温下，铁能与水蒸气反应．请设计实验，证明还原铁粉与水蒸气能够发生反应．
（1）铁粉与水蒸气反应的化学方程式是：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂↑
（2）证明还原铁粉与水蒸气发生了反应的方法是检验是否有H₂产生
（3）某同学用如图所示装置进行实验，请帮助该同学完成设计，用下列简图画出未完成的实验装置示意图（铁架台可省略，导气管的形状可根据需要选择）

（4）停止反应，待装置冷却后，取出反应过的还原铁粉混合物，加入过量的稀硫酸充分反应，过滤．若混合物中既有Fe²⁺又有Fe³⁺，则证明方法是：各取少量溶液于两试管中，向其中一试管中滴入几滴KSCN溶液，向另一试管中加入高锰酸钾酸性溶液，观察溶液颜色变化，若前者溶液颜色变红，后是溶液紫红色褪去，则说明溶液中既有Fe²⁺又有Fe³⁺．
（5）经检验上述滤液中不含Fe³⁺，这不能说明还原铁粉与水蒸气反应所得产物中不含+3价的Fe元素．原因是（用离子方程式说明）如果反应后混合物中的铁粉过量，铁粉将溶液中的Fe³⁺全部还原为Fe²⁺，即便加KSCN溶液也不变红色．反应的离子方程式为Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
（6）某同学利用上述滤液制取白色的Fe（OH）₂沉淀，向滤液中加入NaOH溶液后，观察到生成的白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色．
①沉淀由白色→红褐色的化学方程式是：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃．
②为了得到白色的Fe（OH）₂沉淀，并尽可能长时间保持其白色，可采取的措施有多种，请写出其中的一种．第一种：用一只容器较大针孔较细的注射器吸取滤液后再吸入NaOH溶液，然后倒置2～3次；
第二种：向滤液中加入植物油，使滤液与空气隔绝，然后再将滴管伸入水溶液中滴加氢氧化钠溶液；
第三种：向热的硫酸亚铁溶液中滴加热的氢氧化钠溶液，减少溶液中氧气的含量．

Answer 1

分析 （1）根据现象判断产物为四氧化三铁和氢气；
（2）证明铁和水蒸气反应的方法可以根据固体的性质验证分析，也可以依据生成的气体为氢气；
（3）氢气的密度比空气的小，且不溶于水；
（4）Fe³⁺使KSCN溶液变红，Fe²⁺使高锰酸钾酸性溶液褪色；
（5）铁粉将溶液中的Fe³⁺全部还原为Fe²⁺；
（6）①氧气能将Fe（OH）₂沉淀氧化为氢氧化铁；
②Fe（OH）₂沉淀易被氧气氧化，应除掉溶液中的氧气和隔绝空气．

解答 解：（1）铁和水蒸气反应的化学方程式为：3Fe+4H₂O（g） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Fe₃O₄+4H₂↑，故答案为：3Fe+4H₂O（g） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Fe₃O₄+4H₂↑；
（2）证明还原铁粉与水蒸气发生了反应的方法是收集气体进行爆鸣实验，证明铁发生了反应，故答案为：检验是否有H₂产生；
（3）氢气的密度比空气的小，且不溶于水，实验装置示意图，故答案为：；
（4）Fe³⁺使KSCN溶液变红，Fe²⁺使高锰酸钾酸性溶液褪色，故答案为：各取少量溶液于两试管中，向其中一试管中滴入几滴KSCN溶液，向另一试管中加入高锰酸钾酸性溶液，观察溶液颜色变化，若前者溶液颜色变红，后是溶液紫红色褪去，则说明溶液中既有Fe²⁺又有Fe³⁺；
（5）铁粉将溶液中的Fe³⁺全部还原为Fe²⁺，即便加KSCN溶液也不变红色，故答案为：如果反应后混合物中的铁粉过量，铁粉将溶液中的Fe³⁺全部还原为Fe²⁺，即便加KSCN溶液也不变红色．反应的离子方程式为Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（6）①氧气能将Fe（OH）₂沉淀氧化为氢氧化铁，化学方程式：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃，故答案为：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃；
②Fe（OH）₂沉淀易被氧气氧化，应除掉溶液中的氧气和隔绝空气，故答案为：第一种：用一只容器较大针孔较细的注射器吸取滤液后再吸入NaOH溶液，然后倒置2～3次；
第二种：向滤液中加入植物油，使滤液与空气隔绝，然后再将滴管伸入水溶液中滴加氢氧化钠溶液；
第三种：向热的硫酸亚铁溶液中滴加热的氢氧化钠溶液，减少溶液中氧气的含量．

点评 本题考查铁及其化合物的性质实验，题目难度不大，注意Fe²⁺与Fe³⁺的转化．