Question

10．在高溫下，鐵與水蒸氣能發(fā)生反應(yīng)生成一種常見鐵的氧化物和一種氣體，某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)對(duì)此反應(yīng)很感興趣，在小組集體協(xié)作下設(shè)計(jì)了如圖實(shí)驗(yàn)，以探究鐵粉與水蒸氣反應(yīng)后的產(chǎn)物，也邀請(qǐng)你一起來完成下列探究：

【猜想與假設(shè)】猜想一：生成的氣體可能是氫氣；猜想二：生成的氣體可能是氧氣．
【實(shí)驗(yàn)探究】將生成的氣體通入C裝置．球形管里裝有堿石灰干燥劑．導(dǎo)管口蘸些肥皂水（或洗滌劑溶液），控制氣體流速，吹出肥皂泡．當(dāng)肥皂泡吹到一定大時(shí)，輕輕擺動(dòng)導(dǎo)管，肥皂泡脫離管口后，氣泡上升．用燃著的木條靠近肥皂泡，有爆鳴聲．
【推斷】生成的氣體是氫氣．
（3）探究試管中剩余固體成分是什么？
【查閱資料】
1．鐵的氧化物①只有是Fe₂O₃紅棕色，其余FeO、Fe₃O₄均為黑色；
②只有Fe₃O₄能被磁鐵吸引．
2．鐵的氧化物都能與鹽酸反應(yīng)，但沒有氣體生成．
【初步驗(yàn)證】試管中剩余固體為黑色，能全部被磁鐵吸引．
【猜想與假設(shè)】猜想一：剩余固體是Fe₃O₄；
                        猜想二：剩余固體是Fe與Fe₃O₄．
【實(shí)驗(yàn)探究】

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論
取少量黑色固體于試管中，加入足量稀鹽酸	無氣泡產(chǎn)生，黑色固體是Fe3O4

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】鐵與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂．
（3）【拓展延伸】
Ⅰ．鐵、鎂混合物5.6g與足量稀硫酸反應(yīng)，生成的氫氣質(zhì)量不可能是（　�。�
A.0.2gB.0.3gC.0.4gD.0.5g
Ⅱ．某同學(xué)為探究鐵合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，先后進(jìn)行了四次實(shí)驗(yàn)（鐵合金中除鐵外，其余成分不與稀硫酸反應(yīng)），實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表．根據(jù)該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)，試回答以下問題：

	第一次	第二次	第三次	第四次
所取合金的質(zhì)量∕g	10	10	20	30
所加稀硫酸的質(zhì)量∕g	100	120	80	X
生成氫氣的質(zhì)量∕g	0.2	0.2	0.2	Y

（1）表中第四次實(shí)驗(yàn)中，合金里的鐵恰好與稀硫酸完全反應(yīng)，則其中X=240Y=0.6．
（2）該銅鐵合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？（第②題寫出計(jì)算過程）

Answer 1

分析 有爆鳴聲、密度小，說明是H₂；能被磁鐵吸引的只有Fe與Fe₃O₄，則猜想一Fe與Fe₃O₄；又不可能只有Fe沒有其他反應(yīng)產(chǎn)物，猜想二是Fe₃O₄；驗(yàn)證猜想一與猜想二，關(guān)鍵是否含有Fe．根據(jù)“高溫下，鐵與水蒸氣能反應(yīng)生成一種常見鐵的氧化物和一種氣體”和猜想，書寫化學(xué)方程式；鐵會(huì)和硫酸反應(yīng)；鋁也會(huì)和硫酸反應(yīng)；依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：氫氣的質(zhì)量=金屬的質(zhì)量×$\frac{金屬的化合價(jià)}{金屬的相對(duì)原子質(zhì)量}$，假設(shè)5.6g全部是鐵或全是鎂代入金屬的質(zhì)量計(jì)算出氫氣的質(zhì)量，即可判斷生成氫氣的范圍．
一、二次實(shí)驗(yàn)相比說明10g合金與足量硫酸反應(yīng)最多生成0.2g氫氣；一、三次實(shí)驗(yàn)相比說明80g稀硫酸與足量合金反應(yīng)最多生成0.2g氫氣．即10g合金與80g稀硫酸恰好完全反應(yīng)生成0.2g氫氣．由此可以得到X、Y的值．由第四次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)根據(jù)化學(xué)方程式可以計(jì)算出合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：【推斷】用燃著的木條靠近肥皂泡，有爆鳴聲，稍后有肥皂泡飄到空中．說明生成的氣體具有可燃性、密度小于空氣，再根據(jù)反應(yīng)物為“鐵與水蒸氣”，所以是氫氣；
【猜想與假設(shè)】能被磁鐵吸引的只有Fe與Fe₃O₄，則猜想一Fe₃O₄；又不可能只有Fe沒有其他反應(yīng)產(chǎn)物，猜想二是Fe與Fe₃O₄；驗(yàn)證猜想一與猜想二，關(guān)鍵是否含有Fe．
【實(shí)驗(yàn)探究】根據(jù)鐵與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體，進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論
取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸	無氣泡產(chǎn)生，黑色固體是Fe3O4．

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】根據(jù)“高溫下，鐵與水蒸氣能反應(yīng)生成一種常見鐵的氧化物和一種氣體”和猜想，所以鐵和水蒸氣反應(yīng)會(huì)生成四氧化三鐵和氫氣，化學(xué)方程式為：3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
【拓展延伸】
Ⅰ．假設(shè)5.6g全部是鐵，則生成氫氣的質(zhì)量=5.6g×$\frac{2}{56}$=0.2g；假設(shè)5.6g全部是鎂，則生成氫氣的質(zhì)量=5.6g×$\frac{2}{24}$=0.47g；所以鐵粉、鋁粉的混合物5.6g與足量的稀硫酸完全反應(yīng)，則反應(yīng)中生成氫氣的質(zhì)量范圍是0.2g＜?xì)錃猓?.47g；故選：AD．
Ⅱ．一、二次實(shí)驗(yàn)相比說明10g合金與足量硫酸反應(yīng)最多生成0.2g氫氣；一、三次實(shí)驗(yàn)相比說明80g稀硫酸與足量合金反應(yīng)最多生成0.2g氫氣．即10g合金與80g稀硫酸恰好完全反應(yīng)生成0.2g氫氣．
10g：30g=80g：X，解得X=240g；
10g：30g=0.2g：Y，解得Y=0.6g．
（2）設(shè)鐵合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x．
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56              2
30g×x          0.6g
$\frac{56}{30g×x}=\frac{2}{0.6g}$
x=56%
答：①X  240g，Y 0.6；
②鐵合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56%．
故答案為：
【推斷】氫氣；
（3）【猜想與假設(shè)】猜想二：Fe與Fe₃O₄；
【實(shí)驗(yàn)探究】

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論
取少量黑色固體于試管中，加入足量的稀鹽酸	無氣泡產(chǎn)生，黑色固體是Fe3O4．

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】3Fe+4H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe₃O₄+4H₂；
【拓展延伸】Ⅰ．AD．
Ⅱ．①X  240，Y 0.6；
②鐵合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查鐵及其化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，題目難度較大，注意利用題目中的信息進(jìn)行書寫化學(xué)方程式．