Question

20．在不同温度下，铁粉与水蒸气反应的产物不同．
Fe+H₂O$\frac{\underline{\;＜570℃\;}}{\;}$FeO+H₂    3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;＞570℃\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂
某兴趣小组用图1所示装置，使铁粉与过量水蒸气充分反应并检验固体产物的组成．
（1）实验过程中，应先点燃酒精灯（选填“酒精灯”或“酒精喷灯”）；装置中石棉绒的作用是增大铁粉与水蒸气的接触面积．
（2）若在实验中的某段时间内生成H₂ 448mL（已换算成标准状况），则这段时间内参加反应的铁粉质量至少是0.84g．
（3）铁粉完全反应后，兴趣小组对硬质玻璃管中生成的FeO和Fe₃O₄的质量进行测定，实验流程如图2（已知石棉绒不溶于盐酸）．
固体样品A②足量氯水④足量Cu粉过滤溶液B（分为两等份）溶液C固体E红棕色固体D4.00g溶液F固体G5.20g⑤足量氯水⑥足量NaOH溶液过滤、灼烧滤渣 ③足量NaOH溶液过滤、灼烧滤渣①过量盐酸充分溶解，过滤滤渣

请回答下列问题：
①溶液B中的阳离子有Fe³⁺、Fe²⁺、H⁺．
②固体样品A中铁的氧化物的质量分别是：m（FeO）=0.72 g，m（Fe₃O₄）=6.96 g．

Answer 1

分析 （1）铁能与空气中的氧气发生反应，先加热酒精灯利用生成的水蒸气排除装置中的空气；装置中石棉绒可以增大水蒸气与铁粉的接触面积；
（2）依据3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+H₂ ，由标准状况下氢气的体积求出氢气的物质的量，依据3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+H₂ ，求出铁的物质的量，然后计算出铁的质量；
（3）分析流程图注意抓主要阳离子，固体样品A中加入过量盐酸后过滤，滤渣为石棉绒，溶液B含有生成的Fe²⁺、Fe³⁺；加氯水把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加氢氧化钠生成氢氧化铁，灼烧得到D氧化铁；若加铜粉，溶液F中含有Fe²⁺、Cu²⁺，加氯水把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加氢氧化钠生成氢氧化铁、氢氧化铜沉淀，灼烧得到固体GFe₂O₃和CuO混合物．
①固体样品A中加入过量盐酸后过滤，滤渣为石棉绒，溶液B中的阳离子有FeO和Fe₃O₄分别与盐酸反应生成的Fe²⁺、Fe³⁺，以及过量盐酸中的H⁺；
②红棕色固体D为Fe₂O₃，其中Fe来源于FeO和Fe₃O₄，固体G为Fe₂O₃和CuO混合物，质量差1.2g为CuO的质量，由此可求出Fe³⁺和Fe²⁺、Cu²⁺的物质的量，根据Fe³⁺和Fe²⁺的物质的量求出FeO和Fe₃O₄的物质的量，最后换算成质量即可．

解答 解：（1）铁能与空气中的氧气发生反应，因此为了排除氧气的干扰，先加热酒精灯利用生成的水蒸气排除装置中的空气；装置中石棉绒可以增大水蒸气与铁粉的接触面积，
故答案为：酒精灯；增大铁粉与水蒸气的接触面积；
（2）生成氢气的物质的量n（H₂）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，依据3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂可知：n（Fe）=$\frac{3}{4}$×n（H₂）=$\frac{3}{4}$×0.02mol=0.015mol，Fe的质量m（Fe）=0.015mol×56g/mol=0.84g，
故答案为：0.84；
（3）由流程图可知，固体样品A中加入过量盐酸后过滤，滤渣为石棉绒，溶液B含有生成的Fe²⁺、Fe³⁺；加氯水把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加氢氧化钠生成氢氧化铁，灼烧得到D氧化铁；若加铜粉，溶液F中含有Fe²⁺、Cu²⁺，加氯水把Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加氢氧化钠生成氢氧化铁、氢氧化铜沉淀，灼烧得到固体GFe₂O₃和CuO混合物．
①固体样品A中加入过量盐酸后过滤，滤渣为石棉绒，溶液B中的阳离子有FeO和Fe₃O₄分别与盐酸反应生成的Fe²⁺、Fe³⁺，以及过量盐酸中的H⁺，
故答案为：Fe³⁺、Fe²⁺、H⁺；
②红棕色固体D为Fe₂O₃，其物质的量n（Fe₂O₃）=$\frac{4.0g}{160g/mol}$=0.025mol，由此可知FeO和Fe₃O₄中n（Fe²⁺）+n（Fe³⁺）=2n（Fe₂O₃）=0.05mol，固体G为Fe₂O₃和CuO混合物，则CuO的质量m（CuO）=5.2g-4.0g=1.2g，n（CuO）=$\frac{1.2g}{80g/mol}$=0.015mol，根据2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺，n（Fe³⁺）=0.015mol×2=0.03mol，则n（Fe²⁺）=0.05mol-0.03mol=0.02mol，设FeO的物质的量为xmol，Fe₃O₄的物质的量为ymol，则有：x+y=0.02、2y=0.03，求得x=0.005，y=0.015，因此原m（FeO）=0.005mol×2×72g/mol=0.72g，m（Fe₃O₄）=0.015mol×2×232g/mol=6.96g，
故答案为：0.72；6.96．

点评 本题考查铁与水蒸气的反应，侧重于化学反应原理和化学计算的综合应用，其中（3）②是难点，在计算中注意抓住主要离子，运用元素守恒进行物质的量的求算，题目难度中等．