Question

【题目】根据金属及其化合物的所学知识回答下列问题：

(1)常温下，在没有氧气存在时，铁与水几乎不反应，但在高温时，铁能与水蒸气反应，写出化学反应方程式：_______________________________。

(2)待(1)中反应完全，反应产物中Fe元素化合价为_________，该产物与盐酸反应的离子方程式为：__________________________________。

(3)将铁粉投入到盛有Cu2＋和Fe3＋的溶液中，反应完毕时，若烧杯底部有固体剩余，在所涉及的金属元素内溶液中一定不含有的金属离子是________(填离子符号)，写出证明溶液中不含有该离子的实验操作：______________________。

(4)某同学将铁、铜混合粉末14.8 g加入到100 mL 4.0 mol/L FeCl3溶液中，充分反应后，烧杯底部还有剩余固体，其质量为2.8 g，则原固体混合物中铜的质量是______g，反应所得溶液中的Fe2＋物质的量为_____mol。

Answer 1

【答案】3Fe＋H2O(g)Fe3O4＋4H2 ＋2、＋3 Fe3O4＋8H＋＝Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O Fe3＋ 取少量反应后的溶液于试管，向其中滴加几滴KSCN溶液，若溶液不变红，证明溶液中不含Fe3＋ 9.2 0.5

【解析】

（1）铁与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，据此解答；

（2）根据四氧化三铁可以用FeO·Fe2O3表示分析解答；

（3）剩余的固体只能是铜或铜与铁的混合物，据此解答；

（4）由于铁比铜活泼，则与FeCl3溶液反应时的先后顺序为：Fe+2Fe3+＝3Fe2+、Cu+2Fe3+＝Cu2++2Fe2+，原氯化铁溶液中含有氯化铁的物质的量为：n（FeCl3）=4mol/L×0.1L=0.4mol，结合反应的方程式解答。

（1）常温下，在没有氧气存在时，铁与水几乎不反应，但在高温时，铁能与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气，反应的化学反应方程式为3Fe＋H2O(g)Fe3O4＋4H2；

（2）由于四氧化三铁可以用FeO·Fe2O3表示，所以四氧化三铁中Fe元素化合价为＋2、＋3价，与盐酸反应的离子方程式为Fe3O4＋8H＋＝Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O；

（3）将铁粉投入到盛有Cu2＋和Fe3＋的溶液中，铁离子首先氧化单质铁，如果铁过量，则继续和铜离子发生置换反应生成铜，因此反应完毕时，若烧杯底部有固体剩余，则溶液中一定不含有的金属离子是Fe3＋，可以用KSCN溶液检验铁离子，即实验操作为取少量反应后的溶液于试管，向其中滴加几滴KSCN溶液，若溶液不变红，证明溶液中不含Fe3＋；

（4）铁的还原性强于铜，把铁、铜混合粉末加入氯化铁溶液中，铁先与铁离子反应，氯化铁的物质的量是0.4mol，设0.4mol铁离子完全反应消耗铁、铜的质量分别为x、y，则：

Cu+2Fe3+＝Cu2++2Fe2+

64g 2mol

y 0.4mol

解得y＝12.8g

Fe+2Fe3+＝3Fe2+

56g 2mol

x 0.4mol

解得x＝11.2g

溶解的金属质量为：14.8g-2.8g=12g，11.2g＜12g＜12.8g，则铁完全反应、铜部分反应，因此剩余的金属为Cu，设反应消耗铜的物质的量为amol，反应的铁的物质的量为bmol，则64a+56b=12g、2a+2b=0.4mol，解得a=b=0.1，则原来混合物中含有的铜的质量为：0.1mol×64g/mol+2.8g=9.2g；根据反应方程式可知，反应后溶液中n（Fe2+）=2n（Cu）+3n（Fe）=2×0.1mol+3×0.10mol=0.5mol。