Question

17．某同学利用右图所示装置进行铁跟水蒸气反应的实验，并继续研究铁及其化合物的部分性质．
（1）试管中发生反应的化学方程式为3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄ +4H₂．
（2）该同学欲确定反应一段时间后试管中固体物质的成分，设计了如下方案：
①待试管冷却，取其中固体少许溶于稀盐酸得溶液B；
②取少量溶液B滴加KSCN溶液，若溶液变红，则试管中固体是（只有一个选项符合题意）A，若溶液未变红，则试管中固体是（只有一个选项符合题意）C．
A．一定有Fe₃O₄，可能有Fe    
B．只有Fe（OH）₃
C．一定有Fe₃O₄和Fe
D．一定有Fe（OH）₃，可能有FeE．只有Fe₃O₄
（3）该同学按上述方案进行了实验，溶液未变红色，原因是2FeCl₃+Fe═3FeCl₂（用化学方程式表示）．
（4）该同学马上另取少量溶液B，使其跟NaOH溶液反应．若按图1所示的操作，可观察到生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色的现象，请写出与上述现象相关的反应的化学方程式FeCl₂+2NaOH=Fe（OH）₂↓+2NaCl、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（5）一段时间后，该同学发现（3）中未变红的溶液变成红色．由此可知，实验室FeCl₂溶液需现用现配制的原因是FeCl₂易被空气中的氧气氧化为FeCl₃而变质，并且配制时应加入少量铁粉．
（6）乙同学为了获得持久白色的Fe（OH）₂沉淀，准备用图2所示装置，用煮沸的蒸馏水配制的NaOH溶液与新制的FeSO₄溶液反应．反应开始时，打开止水夹的目的是用产生的氢气排尽试管A、B中的空气；一段时间后，关闭止水夹，在试管B（填“A”或“B”）中观察到白色的Fe（OH）₂．

Answer 1

分析 （1）铁粉与水蒸气反应产物为四氧化三铁和氢气；
（2）四氧化三铁中有+2价的铁和+3价的铁，KSCN溶液溶液变红色，说明有三价铁离子；还有可能有过量的铁；若溶液未变红，过量的铁，可能将三价铁离子全部转化成二价铁离子；
（3）铁单质能将三价铁离子还原成二价铁离子；
（4）滴入NaOH溶液时，生成的白色沉淀Fe（OH）₂迅速变成灰绿色，最后变成红褐色Fe（OH）₃；
（5）铁单质能将三价铁离子还原成二价铁离子，Fe²⁺具有还原性，Fe²⁺易被空气中的氧气氧化而变质；
（6）为了获得持久白色的Fe（OH）₂沉淀，必须通过蒸馏水煮沸、排除装置中的空气等办法使得氢氧化亚铁生成在一个无氧的环境中．

解答 解：（1）铁在高温下与水反应，生成四氧化三铁和氢气，反应方程式为：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄ +4H₂，
故答案为：3Fe+4H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe₃O₄ +4H₂；
（2）铁和水蒸气反应，产物为四氧化三铁和氢气，反应后试管中固体物质一定有Fe₃O₄，还可能有没反应完全的铁粉，取少许其中的固体物质溶于稀盐酸后，滴加KSCN溶液，若溶液变红色则说明试管中固体物质的成分一定含Fe₃O₄；若溶液未变红色，是因为固体物质中既含Fe₃O₄又含Fe，溶于盐酸后发生反应Fe+2Fe³⁺═2Fe²⁺，导致Fe³⁺被还原，溶液才未变红色，
故答案为：A；C；
（3）结果溶液未变红色，原因是加入稀盐酸时发生反应：2FeCl₃+Fe═3FeCl₂，
故答案为：2FeCl₃+Fe═3FeCl₂；
（4）溶液B中含Fe²⁺，滴入NaOH溶液后，发生反应：FeCl₂+2NaOH=Fe（OH）₂↓+2NaCl，生成Fe（OH）₂是白色沉淀．沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，是典型的Fe（OH）₂被氧化为Fe（OH）₃的现象，反应的化学方程式为：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案为：FeCl₂+2NaOH=Fe（OH）₂↓+2NaCl、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
（5）一段时间后，两同学发现（3）中未变红的溶液变成红色，是因为空气中的氧气将Fe²⁺氧化为了Fe³⁺的原因，在此反应中Fe²⁺被氧化，体现还原性．为了防止Fe²⁺被氧化，加铁粉最好，发生反应：Fe+2FeCl₃=3FeCl₂，不引入新杂质，
故答案为：FeCl₂易被空气中的氧气氧化为FeCl₃而变质；铁粉；
（6）用煮沸的蒸馏水配制的NaOH溶液与新制的FeSO₄溶液反应；反应开始时，要打开止水夹，利用铁粉和稀硫酸反应产生的氢气排出试管A、B中的空气，使整个装置不含氧气．在对B试管的出气管排出的氢气验纯之后，关闭止水夹，由于产生的氢气无法排出，试管A中的压强将增大，最终将A试管中生成的FeSO₄溶液压入NaOH溶液中，故Fe（OH）₂在B试管生成，
故答案为：用产生的氢气排尽试管A、B中的空气；B．

点评 本题考查铁及其化合物的性质实验，题目难度中等，注意三价铁离子与二价铁离子的转化，Fe³⁺和Fe²⁺ 的检验、Fe²⁺的还原性以及Fe（OH）₂的制备．