Question

4．某同学欲在实验室中完成Fe与水蒸气反应的实验，装置如图甲、乙两种．

已知B中放入的是铁与石棉绒的混合物，C中放的是干燥剂，E为酒精喷灯，G为带有铁丝网罩的酒精灯．
Ⅰ．对比两装置，回答下列问题：
（1）如何检查乙装置的气密性？向H中加入水没过导管口，连接好装置，微热K，若H中导管口出现气泡，停止加热后导管中出现水柱，证明气密性良好．
（2）乙装置中湿沙子的作用是提供水蒸气．
（3）B处发生反应的化学方程式：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．
（4）该同学认为欲在乙装置的尖嘴导管处点燃反应产生的气体，装置H必不可少，H的作用是冷凝水蒸气．
（5）对比甲、乙两装置的B和K，B的优点是使用石棉绒，增大水蒸气与Fe粉接触面积，加快反应速率．
Ⅱ．某同学为了研究一定时间内铁粉的转化率，用图中的甲装置设计了如下实验：准确称量一定质量的铁粉进行反应，收集并测量反应后生成的气体体积，计算铁粉的转化率．
①用排水法收集并测量气体体积可选图中的乙装置．

②称取mg铁粉与适量石棉绒混合，然后加热至无气体放出．若收集的气体体积换算为标准状况为VL，铁粉的转化率为（列出计算式即可）$\frac{\frac{V}{22.4}mol×\frac{3}{4}×56g/mol}{m}$×100%．
③为了证明反应后的固体混合物中含有+3价的Fe，该同学取出少量混合物于试管中，加入足量的盐酸，溶解后过滤，立即向溶液中滴加KSCN溶液，结果观察到溶液的颜色没变化．经过思考，该同学认为此现象不能说明反应后的固体混合物中不含有+3价Fe．他的理由是：铁粉可能有剩余，剩余铁粉会与Fe³⁺反应，将Fe³⁺溶液中完全还原为Fe²⁺．

Answer 1

分析 I．（1）将H中加入水没过导管口，利用微热法检验气密性；
（2）加热湿沙子可提供水蒸气；
（3）B处Fe与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气；
（4）装置H可使水蒸气与氢气分离；
（5）对比甲、乙两装置的B和K可知，B中使用石棉绒，增大水蒸气与Fe粉接触面积；
II．①甲中长导管进气，无法将水排出，乙可排水收集；
②n（H₂）=$\frac{V}{22.4}$mol，由3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂可知，n（Fe）=$\frac{V}{22.4}$mol×$\frac{3}{4}$，以此计算；
③若反应中Fe剩余，Fe与铁离子反应．

解答 解：Ⅰ．（1）检查乙装置的气密性的方法为向H中加入水没过导管口，连接好装置，微热K，若H中导管口出现气泡，停止加热后导管中出现水柱，证明气密性良好，
故答案为：向H中加入水没过导管口，连接好装置，微热K，若H中导管口出现气泡，停止加热后导管中出现水柱，证明气密性良好；
（2）乙装置中湿沙子的作用是提供水蒸气，
故答案为：提供水蒸气；
（3）B处发生反应的化学方程式为3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂，
故答案为：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
（4）乙装置的尖嘴导管处点燃反应产生的气体，装置H必不可少，H的作用是冷凝水蒸气，与氢气分离，
故答案为：冷凝水蒸气；
（5）对比甲、乙两装置的B和K，B的优点是使用石棉绒，增大水蒸气与Fe粉接触面积，加快反应速率，
故答案为：使用石棉绒，增大水蒸气与Fe粉接触面积，加快反应速率；
Ⅱ．①甲中长导管进气，无法将水排出，乙可排水收集，故答案为：乙；
②n（H₂）=$\frac{V}{22.4}$mol，由3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂可知，n（Fe）=$\frac{V}{22.4}$mol×$\frac{3}{4}$，铁粉的转化率为$\frac{\frac{V}{22.4}mol×\frac{3}{4}×56g/mol}{m}$×100%，
故答案为：$\frac{\frac{V}{22.4}mol×\frac{3}{4}×56g/mol}{m}$×100%；
③若反应中Fe剩余，Fe与铁离子反应，则现象不能说明反应后的固体混合物中不含有+3价Fe，其理由为铁粉可能有剩余，剩余铁粉会与Fe³⁺反应，将Fe³⁺溶液中完全还原为Fe²⁺，故答案为：铁粉可能有剩余，剩余铁粉会与Fe³⁺反应，将Fe³⁺溶液中完全还原为Fe²⁺．

点评 本题考查性质实验方案的设计，为高频考点，把握实验装置的作用、物质的性质、发生的反应、实验技能为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，注意元素化合物知识与实验的结合，题目难度不大．