Question

在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应，可以得到铁的氧化物，该氧化物又可以经过此反应的逆反应，生成颗粒很细的铁粉，这种铁粉具有很高的反应活性，在空气中受撞击或受热时会燃烧，所以俗称“引火铁”，请分别用下图中示意的两套仪器装置，制取上速铁的氧化物和“引火铁”，实验中必须使用普通铁粉、6molL-1盐酸，其它试剂自选（装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去）。

        

    填写下列空白：

（1）实验进行时试管A中应加入的试剂是        

烧瓶B的作用是        ；

    烧瓶C的作用是         

    在试管D中收集得到的是         

    （2）实验时，U型管G中应加入的试剂是         

       分液漏斗H中应加入          

      （3）两套装置中，在实验时需要加热的仪器是（填该仪器对应字母）           

      （4）烧瓶I中发生的反应有时要加入少量硫酸铜溶液，其目的是          

      （5）试管E中发生反应的化学方程式是          

      （6）为了安全，在E管中的反应发生前，在F出口处必须  ；E管中反应开始后，在F出口处应          

Answer 1

（1）普通铁粉；作为水蒸气发生器；防止水倒吸；氢气。

           （2）固体NaOH（或碱石灰、CaO等碱性固体干燥剂；6mol·L^-1HCl）

    （3）A、B、E

    （4）加快氢气产生的速度

    （5）

    （6）检验氢气的纯度；点燃氢气

解析:

  这是一这典型的功能性信息给予实验题，①题给新信息是制取‘引火铁”的反应原理需同学们推理写出②“引火铁”的特性③两套未曾见过的新装置。解答中首先阅读题干“在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应，可以得到铁的氧化物。”联想学过的反应：

      （普通铁粉）

        由此反应推知制取“引火铁”的新反应为

（引火铁）

      即题中涉及铁的氧化物是Fe3O4（不是Fe2O3，也不是FeO），一定条件是指高温。

    然后．仔细观察两套实验装置，可发现左边装置有用排水法收集反应生成气体（D试管）一定是H2，由此确认左边装置为制取铁的氧化物，而右边装置用于制取“引火铁”，这是本题解题的突破口，然后综合运用有关实验的知识和技能，结合对装置图的观察加工，即可解题如下：

 （1）A中应加入普通铁粉，B是作为水蒸气发生器，因反应产生的H₂可能不连续，C瓶为防止水槽中的水倒吸而作缓冲瓶（较难），D中收集到的是H₂。

（2）右边的装置气流是从右到左，烧瓶I和分液漏斗H的组合一定是H₂发生装置，所用试剂自然是普通铁粉和6mol、L^-1 盐酸，所以制得的H₂中含有HCl气体和H₂O（气），在制取“引火铁”之前必须净化、干燥，由此U形管G中应加入固体碱性干燥剂NaOH或碱石灰。

    （3）根据题给两个反应的条件都是“高温”和要制取水蒸气的要求，可知实验时需要加热的仪器为A、B、E。

  ．（4）联想到课本习题（《化学选修第三册》P62第4题），在Zn和稀H₂SO₄反应制取H₂时加入少量CuSO₄溶液能使制取H₂的反应加快，可知，在I中加入少量CuSO4溶液，其目的是加快H₂的生成速度，原因是形成了无数微小的Fe-Cu原电池，加快了反应（析氢腐蚀）的进行。

   （5） 试管E中的反应自然是制取“引火铁”的反应。其关键在于反应物是Fe₃O₄而不是铁的其它氧化物。

   （6）结合初中H₂还原CuO的实验可知，H₂在加热或点燃前一定要先验纯，所不同的是，本实验还要尽可能避免空气进入试管E，使制取的高活性的“引火铁”受热燃烧、所以要加带导管F的橡皮塞。此外E管反应后，为了防止F出口处的水蒸气凝结，堵塞出气口或回流到试管E将其炸裂，因此E管反应后，F出口处应点燃H₂。

本题以化学实报实销验为依托全面考查了观察、实验、思维、自学等诸多能力。其特点是：①题给新信息尽管很隐蔽，但仍源于课本；所给装置是由常用仪器装置重新组合而成的新颖、非常规装置。②设计仪器装置、选用药品时都打破常规，体现创新精神。如用烧瓶C作安全瓶；制取“引火铁”的装置顺序不是一般的从左→右，而是从右→左；气体的干燥、净化不用洗气装置也不用干燥管，而用U形管G代替；E试管的F出口不向下而是向上，引出剩余纯净的不污染空气的H₂要点燃处理等。

      由此可见，直接观察事物的表象，这仅仅是认识的第一个环节，观察之后，还必须经过思考进行初步加工。所谓初步加工，就是将从观察中得到的印象初步加以分析，从中提取事物的特征；或者在对事物的观察中，归纳出同类事物共有的特性；还包括对所获信息进行分类，归纳出表象的规律，从而作出正确的判断。凡此种种，构成了观察能力。